第一章物質(zhì)結(jié)構(gòu)

第一章物質(zhì)結(jié)構(gòu)第1頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月核電荷數(shù)（Z）=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)

=核外電子數(shù)=原子序數(shù)原子量(A)=質(zhì)量數(shù)

=質(zhì)子數(shù)（Z）+中子數(shù)（N）原子(A)原子核電子(Z)→帶負(fù)電質(zhì)子(Z)→帶正電中子(N)→不帶電第一節(jié)原子核外電子的運動狀態(tài)第2頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月一、電子云界面圖第3頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月棗糕模型現(xiàn)代原子概念點粒子行星系式定態(tài)原子模型近代原子概念的演變第4頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月1.主量子數(shù)—

n～電子層數(shù)意義：1.決定e離核平均距離的遠(yuǎn)近(概率最大的區(qū)域)，n相同的軌道構(gòu)成一層。

2.決定能量的主要因素取值：n=1,2→無窮大非“0”的正整數(shù)。表示：n=123456KLMNOP一、核外電子的運動狀態(tài)第5頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月意義：決定原子軌道形狀，多e原子中決定電子能量~次要因素。取值：

l=0123…n-1,共取n個整數(shù)

(從0開始，取n個，最后：n-1)表示：l=0123spdf形狀：球雙球花瓣2.角量子數(shù)—

l

～電子亞層注意：單電子系統(tǒng)中電子的能量只決定于n,例如：氫原子或類氫離子都屬于單電子系統(tǒng)。第6頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月●討論：1.nl相同的e具有相同的能量，構(gòu)成一個能級。如：1s2p3d2.n同l不同的e能量高低不等，l越大En↑(形不同～能量不等，構(gòu)成不同能級) Ens＜Enp＜End……3.n不同l同的e能級高低有別，n越大En↑

如E1s＜E2s＜E3s……？n不同l也不同第7頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月

意義：決定原子軌道在空間的伸展方向，與e-能量無關(guān)

取值：m=0,±1,±2,±3…±l

(2l+1)個整數(shù)

(從0開始，取2l+1個，最后：±l)

3.磁量子數(shù)—

m第8頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月pd+++---+++++++++-------s原子軌道角度分布圖第9頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月

意義：表e-自旋方向，與nlm無關(guān)

(非Schrodinger方程的解)

表示：±1/2；↑↓表示。4.自旋量子數(shù)—ms第10頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月一、電子分布及近似能級圖單電子原子：原子軌道的能級高低與主量子數(shù)n有關(guān)。n相同，原子軌道的能級相同。

多電子原子：原子軌道的能級高低與主量子數(shù)n和角量子數(shù)l有關(guān)。

n相同，l越大，原子軌道的能級越高。例如，E4s<E4p<E4d<E4f

l相同，n越大，原子軌道的能級越高。例如，E2p<E3p<E4p第二節(jié)原子核外電子的排布第11頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月能級交錯現(xiàn)象在原子軌道近似能級圖中，從第四能級組開始出現(xiàn)了能級交錯現(xiàn)象，這一現(xiàn)象可用屏蔽效應(yīng)和穿透效應(yīng)來解釋。比較4s和3d軌道的徑向分布圖：4s的最大峰比3d遠(yuǎn)4s的穿透作用較3d強4s電子能更好地回避其它電子的屏蔽，因而E4s<E3d。能級交錯現(xiàn)象出現(xiàn)在：

E4s<E3d<E4pE5s<E4d<E5pE6s<E4f<E5d<E6pE7s<E5f<E6d<E7p

第12頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月解釋鮑林能級近似圖在多電子原子中，屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)同時存在，共同作用的結(jié)果使得多電子原子中原子軌道的能量高低為：l相同，n越大，電子的能量越高，如E1s<E2s<E3sn相同，l越大，電子的能量越高，如E3s<E3p<E3d發(fā)生能級交錯現(xiàn)象。第13頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月1s鮑林近似能級圖

n=1n=2n=3n=4n=5n=6n=7

2p2s

3p3s

4p

3d4s

5p

4d5s

6p

5d4f6s

7p

6d5f7s第14頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月原子能級由低到高依次為：1s，(2s，2p)，(3s，3p)，(4s，3d，4p)，(5s，4d，5p)，(6s，4f，5d，6p)…括號表示能級組。第15頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月二、核外電子的排布原則

基態(tài)原子核外電子排布遵循以下三條原則：能量最低原理泡利不相容原理洪德規(guī)則第16頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月1.能量最低原理1H1s12He1s2

3Li1s22s14Be1s22s2

5B1s22s22p16C1s22s22p27N1s22s22p3電子優(yōu)先占據(jù)能量較低的原子軌道。8O1s22s22p49F1s22s22p510Ne1s22s22p611Na12Mg13Al18Ar第17頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月電子填入原子軌道的順序第18頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2.泡利不相容原理或：一個原子軌道最多只能容納兩個自旋相反的電子。在一個原子中不可能有運動狀態(tài)（四個量子數(shù)）完全相同的兩個電子同時存在。第19頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月3.洪德規(guī)則電子在等價軌道上排布時，總是盡可能以相同的自旋方向分占不同的軌道。7N1s22s22px12py12pz1

6C1s22s22px12py1

第20頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月洪特規(guī)則特例在等價軌道上，電子處于全充滿（p6，d10，f14）半充滿（p3，d5，f7）全空（p0，d0，f0）時，原子的能量最低，結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。

Cr1s22s22p63s23p63d54s1Cu1s22s22p63s23p63d104s1

第21頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月三、原子的電子結(jié)構(gòu)與元素周期律1.原子的電子結(jié)構(gòu)2.原子的電子結(jié)構(gòu)與元素周期律第22頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月電子排布式原子實

基態(tài)與激發(fā)態(tài)6C1s22s22p21s22s12p3價電子層構(gòu)型軌道表示式25Mn3d54s225Mn1s22s22p63s23p63d54s2[Ar]3d54s21.原子的電子結(jié)構(gòu)第23頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月為了簡便地表示多電子原子中的電子分布，通常只標(biāo)明能級和該能級中的電子數(shù)目。 例：C原子和N原子的電子分布：式中的[He]表示C或N的原子實?！霸訉崱保褐改吃拥脑雍思半娮臃植纪诚∮袣怏w原子里的電子分布相同的那部分實體。1.原子的電子結(jié)構(gòu)第24頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月價電子構(gòu)型

在化學(xué)反應(yīng)中參與成鍵的電子構(gòu)型。對于主族元素，就是指最外層電子構(gòu)型。對于副族元素來說，則為最外層的ns和次外層的(n-1)d電子構(gòu)型；或最外層的ns，次外層的(n-1)d及倒數(shù)第三層的(n-2)f。第25頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月19K:1s2,2s22p6,3s23p63d04s1→[Ar]4s1價電子構(gòu)型：

19K:3d04s1→4s1離子電子構(gòu)型：

19K+:1s2,2s22p6,3s23p6軌道式：6C:1s2,2s22p2練習(xí)：寫出電子層構(gòu)型20Ca21Sc22Ti24Cr29Cu第26頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月在書寫基態(tài)電子結(jié)構(gòu)時應(yīng)注意：(1)

元素的電子構(gòu)型應(yīng)按電子層數(shù)遞增的順序依次寫出。例如，

21Sc電子排布順序為1s22s22p63s23p64s23d1

電子結(jié)構(gòu)為1s22s22p63s23p63d14s2(2)對核電荷數(shù)較大的原子，常常用稀有氣體元素符號加中括號表示內(nèi)層電子結(jié)構(gòu)。內(nèi)層電子結(jié)構(gòu)也稱為原子實。例如，

19K[Ar]4s150Sn[Kr]4d105s25p2(3)

元素的化學(xué)性質(zhì)主要與價電子層構(gòu)型有關(guān)，因此常用價電子層構(gòu)型表示原子的結(jié)構(gòu)。例如，

19K4s121Sc3d14s250Sn5s25p26C2s22p229Cu3d104s1第27頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)金屬原子電離成為離子時，失電子的順序是：np，ns，(n-1)d，(n-2)f。

電子構(gòu)型價電子層構(gòu)型Cu[Ar]3d104s13d104s1Cu+[Ar]3d103s23p63d10Cu2+[Ar]3d93s23p63d9Fe[Ar]3d64s23d64s2Fe2+[Ar]3d63s23p63d6Fe3+[Ar]3d53s23p63d5第28頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月例：寫出元素鐵的電子構(gòu)型、價電子層構(gòu)型，并指出鐵原子中有多少個未成對電子。解：鐵的原子序數(shù)Z=26，因此，電子構(gòu)型:1s22s22p63s23p63d64s2

或:[Ar]3d64s2

價電子層構(gòu)型:3d64s2

只有未充滿的亞層上含有未成對電子。在鐵原子中，3d亞層上只有6個電子，是未充滿的，根據(jù)洪特規(guī)則，這6個電子在3d亞層上的排布如下，因此鐵原子中有4個未成對電子。

第29頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2.原子的電子結(jié)構(gòu)和元素周期律周期：分7個周期族：8個主族ns1~2,np1~68個副族(n-1)d1~10,ns1~2區(qū)：分5個區(qū)s,p,d,ds,f第30頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月周期周期一二三四五六七元素數(shù)2，8，8，18，18，32，32（未完全）結(jié)構(gòu)特點：由ns1（氫或堿金屬）開始，以1s2或np6（稀有元素）結(jié)束；

元素周期表的七個周期對應(yīng)于原子軌道近似能級圖的前七個能級組；元素的化學(xué)性質(zhì)具有遞變規(guī)律。第31頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月族主族包括：IA、IIA、…VIIA、0族，共8個主族結(jié)構(gòu)特點：主族族數(shù)=ns+np(電子數(shù))同族元素有相似的價電子層構(gòu)型，因此同族元素具有相似的化學(xué)性質(zhì)。例如11Na，電子構(gòu)型為[Ne]3s1，屬IA族

15P，電子構(gòu)型為[Ne]3s23p3，屬VA族

18Ne，電子構(gòu)型為[Ne]3s23p6，屬VIIIA族或0族第32頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月副族包括：IB、IIB、…VIIB、VIII,共8個副族副族族數(shù)=(n-1)d1~10+ns1~2(電子數(shù))(n-1)d+ns(電子)=3~7時，為IIIB－VIIB族

=8~10時，為VIII族

=10+1或10+2時，為IB、IIB族第33頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月區(qū)元素周期表共分成5個區(qū)s區(qū)：包括IA、IIA族。p區(qū)：包括IIIA－VIIA及0族元素。d區(qū)：包括IIIB－VIIB及VIII族。ds區(qū)：包括IB和IIB族。f區(qū)：為La系、Ac系元素。第34頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)元素性質(zhì)的周期性變化元素周期表(1-16族)周期數(shù)=電子層數(shù)(主量子數(shù)n，7個)族數(shù)=最外層電子數(shù)(主族，8個)=外圍電子數(shù)(副族，8個)價電子構(gòu)型與價電子數(shù)s區(qū),(ns)1-2;p區(qū),(ns)2(np)x;d區(qū),(n-1)s1-2ndx電子排布的周期性決定了元素性質(zhì)的周期性第35頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月共價半徑當(dāng)兩個相同的原子以共價單鍵相結(jié)合成單質(zhì)分子時．兩原子核間距離的一半叫做該原子的共價半徑。金屬半徑在金屬單質(zhì)的晶體中，相鄰兩原子核間距離的一半稱為該原子的金屬半徑。范德華半徑當(dāng)兩個原子間只靠分子間的作用力即范德華力互相接近時，兩原子核間距離的一半即為范德華半徑。一、原子半徑第36頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月金屬半徑共價半徑離子半徑第37頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月原子半徑分類比較

共價半徑

Vanderwaals半徑

金屬半徑

定義

兩原子核間距一半相鄰兩分子非鍵合原子核間距的一半相鄰兩原子核間距的一半

作用力共價鍵原子處于鍵合狀態(tài)(相同原子，共價鍵)分子間力原子處于非鍵合狀態(tài)(單質(zhì)分子晶體中)

金屬鍵原子處于鍵合狀態(tài)大小

最小

最大次之元素

非金屬稀有氣體

金屬第38頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月減小增大主族原子半徑第39頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖：原子半徑第40頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月圖：原子半徑半充滿和全充滿時，原子半徑大第41頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電離能氣態(tài)原子氣態(tài)正離子第42頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月增減電離能數(shù)據(jù)第43頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月電離能：圖第44頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月電離能：圖第45頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月分子中的原子對于成鍵電子吸引能力相對大小的量度。三、電負(fù)性：第46頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月增減電負(fù)性數(shù)據(jù)第47頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月四、元素的金屬性與非金屬性

金屬性：元素原子失去電子的能力非金屬性：元素原子得到電子的能力

以電負(fù)性衡量五、氧化數(shù)主族元素副族元素第48頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)

化學(xué)鍵1.離子鍵2.共價鍵3.雜化軌道理論第49頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月一、離子鍵第50頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月1.離子鍵的形成定義：正負(fù)離子間靠靜電作用形成的化學(xué)鍵叫做離子鍵。 · ·· ··

Na·+:Cl· →Na+[:Cl:]－ ·· ··第51頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2.離子鍵及其特點特點：離子鍵既沒有方向性也沒有飽和性。離子鍵的離子性與元素的電負(fù)性有關(guān)。NaCl晶體第52頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月3.離子鍵強度與晶格能晶格能：表示相互遠(yuǎn)離的氣態(tài)正離子和負(fù)離子結(jié)合成1mol離子晶體時所釋放的能量，或1mol離子晶體解離成自由氣態(tài)離子時所吸收的能量。如：

Ca2+

(g)+2Cl-(g)CaCl2

(s)

–H=U=2260.kJ/mol離子鍵強度：用晶格能表示第53頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月二、共價鍵原子與原子間通過共享電子對所形成的化學(xué)鍵，叫做共價鍵。●●第54頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月1.共價鍵理論共價鍵的本質(zhì)是由于原子相互接近時軌道重疊，原子間通過共用自旋相反的電子對使能量降低而成鍵。電子配對法：電子配對原理能量最低原理原子軌道最大重疊原理第55頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月2.共價鍵的特征共價鍵結(jié)合力的本質(zhì)是電性。共價鍵的形成是由于原子軌道的重疊，兩核間電子云概率密度最大。共價鍵的飽和性共價鍵的方向性。第56頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月3.共價鍵的類型鍵(成鍵軌道）頭碰頭原子核連線為對稱軸鍵，肩并肩穿過原子核連線有一節(jié)面第57頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月共價鍵形成實例HF的生成第58頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月N2的生成鍵鍵第59頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月第60頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月

極性共價鍵和非極性共價鍵

根據(jù)成鍵電子對在兩原子核間有無偏移普通共價鍵和配位共價鍵根據(jù)共用電子對由成鍵原子提供的來源不同第61頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月4.鍵參數(shù)鍵能

鍵能越大，鍵越牢固，分子越穩(wěn)定鍵長

鍵長越短，鍵越牢固，分子越穩(wěn)定鍵角

反映分子空間結(jié)構(gòu)鍵的極性

成鍵原子的電負(fù)性差越大，鍵的極性越大第62頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月三、雜化軌道理論

同一原子中，不同原子軌道的線性組合，改變原子軌道的分布方向，有利于成鍵，但原子軌道的數(shù)目不變第63頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月1.雜化和雜化軌道實驗測得CCl4、CH4等的立體構(gòu)型為正四面體（tetrahedral）

在同一個原子中能量相近的不同類型（s,p,d,）的幾個原子軌道波函數(shù)可以相互疊加而組成同等數(shù)目的能量能量完全相同的雜化軌道。第64頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.雜化軌道的主要類型

sp直線型鍵角180

CO2,C2H2sp2平面三角形鍵角120

BF3,NO3-,C6H6,C2H4sp3正四面體形鍵角109

28’’

CH4,H2O,NH3第65頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）sp3雜化第66頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月

（2）sp2雜化第67頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）sp雜化激發(fā)雜化第68頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)分子的極性一、鍵的極性與分子的極性

1.電荷中心

2.極性分子和非極性分子HCl第69頁，課件共82頁，創(chuàng)作于2023年2月鍵的極性和分子極性CCl4，非極性；CHCl3,