第2次課20100421序論及第二章物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ).ppt

1、命名原則: 服從一般無機(jī)化合物的命名原則。 如果化合物的陰離子是一個簡單離子，叫某“化”某； 如果化合物的陰離子是一個復(fù)雜離子，叫某“酸”某。 配合物內(nèi)界命名次序為： 配位數(shù)(一、二、三、四)-配位體名稱-“合”(表示配位結(jié)合)-中心離子名稱-中心離子化合價(、),例：,例： Co(NH3)6 3+ 六氨合鈷( )離子 Cu(H2O)2(NH3)4 2+ 四氨二水合銅()離子 Fe(CN)6 3- 六氰合鐵( )離子 Cr(en)3 3+ 三(乙二胺)合鉻( )離子 H4 Fe(CN)6 六氰合鐵( )酸,有機(jī)物系統(tǒng)命名的步驟和原則,母體名稱在后，標(biāo)出官能團(tuán)位置；取代基名稱在前，注意-, (

2、)的使用。,寫全稱,靠近主官能團(tuán)；最先碰面；先小后大。,編號,含主官能團(tuán)最長C鏈；含盡量多的母體官能團(tuán)；含盡量多的取代基。,選主鏈,原則,步驟,練習(xí)： 1、用系統(tǒng)命名法命名,3 ，3-二乙基戊烷,2 ， 2 ，3 -三甲基丁烷,2-甲基-4-乙基庚烷,5-甲基-2-己烯,4-甲基-3-乙基-2-戊烯,（1）,（2）,（3）,2，4-二甲基-2-戊烯,CH2=CH-CH=CH2,（4）,1，3-丁二烯,（5）,4-甲基-2-戊炔,第二章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),結(jié)構(gòu)決定性質(zhì) 物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu),2.1 原子結(jié)構(gòu)和元素周期律,117種元素(尚未命名110Uun、111Uuu、112Uub、113Uut、114Uu

3、q、115Uup、 116Uuh、117Uus)。 稀有氣體元素6個， 非金屬元素16個， 金屬元素95個。,1.原子的基本結(jié)構(gòu),1)原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,John Daltons 原子模型 (1808),J.J.Thomsons 原子模型 (1898),E.Rutherfords 原子模型 (1911),Bohrs 原子模型 (1923),原子波動力學(xué)模型(1926),原子模型的發(fā)展,道爾頓認(rèn)為原子是一個實心球體，不可再分。,John Dalton,John Daltons 原子模型 (1808),J. Dalton的原子學(xué)說,道爾頓用來表示原子的符號，是最早的元素符號。,道爾頓原子論極大地推

4、動了化學(xué)的發(fā)展。,J.J.Thomson(1856-1945)的原子“浸入模型”,1895年11月8日，德國的倫琴發(fā)現(xiàn)了奇異的 X 射線， 1897年湯姆遜證明了射線是一種帶負(fù)電的微粒。 由于整個原子是電中性的，因此，原子內(nèi)部一定帶等量電荷的正電微粒。,倫琴,居里夫婦,J.J.Thomson,J.J.Thomsons 原子模型 (1898),原子是由帶正電荷的球體及沉浸在這個正電荷球體里的電子所組成，該模型俗稱為 “葡萄干面包”模型。,原子中的正電荷集中在一個很小的核上,其余大部分是空的.,E.Rutherford(1871-1937)的原子“含核模型”,盧瑟福提出的原子有核模型建立在Newt

5、on 經(jīng)典力學(xué)理論基礎(chǔ)上。 根據(jù)該理論，電子在運(yùn)動速度改變時，要發(fā)射電磁波，能量降低。 結(jié)果是：發(fā)射光譜連續(xù),Newton,E.Rutherford,E.Rutherfords 原子模型 (1911),連續(xù)光譜,連續(xù)光譜,2) 氫原子發(fā)射光譜和 Bohr 理論,氫原子譜線,氫原子沒有發(fā)射連續(xù)光譜的事實，說明盧瑟福的原子結(jié)構(gòu) 模型是錯誤的。,氫、氦、鋰、鈉、鋇、汞、氖的發(fā)射光譜(從上到下),Einsteins光電理論,Einstein,Einstein 根據(jù)量子化概念，提出了光子學(xué)說，認(rèn)為光是一種波。,波動性物理量：和 粒子性物理量：E和P,Bohr氫原子理論 (原理與局限),1913年，丹麥物

6、理學(xué)家Bohr提出“行星式模型” 。,Bohrs 原子模型 (1913),From,Bohr,Bohr 理論要點:,a.核外電子運(yùn)動的軌道是量子化，不是連續(xù)變化，電子在穩(wěn)定軌道運(yùn)動時，不吸收、不幅射光子。,b.在一定軌道上運(yùn)動的電子的能量也是量子化的：,n = 1, 2, 3, 4 ；Z：核電荷數(shù)(質(zhì)子數(shù))。,c.電子在不同軌道之間躍遷時，會吸收或幅射光子，其能量取決于躍遷前后兩軌道的能量差：,真空中光速 c = 2.998 108m.s-1，H原子Z=1，光譜頻率為：,玻爾理論成功地解釋了氫原子結(jié)構(gòu)和氫原子光譜。,玻爾理論的局限性：只限于解釋氫原子或類氫離子(單電子體系)光譜，不能解釋多電子

7、原子的光譜。,3)原子的量子力學(xué)模型,德布羅意波粒二象性,1924，de Broglie：“整個世紀(jì)以來， 在研究光學(xué)上，是過分忽略了粒子的研究方法。 在研究實物粒子上，是不是把粒子圖象想得太多，而過分地忽略了波的圖象？,de Broglie,de Broglie提出，電子、質(zhì)子、中子、原子、分子、離子等實物粒子都具有波粒二像性。 波長服從： = h/mv,m：微粒質(zhì)量，v：運(yùn)動速度，h：普朗克常數(shù)。,3年之后 (1927年)，C.J.Davisson(戴維遜)和L.S.Germer(革末)的電子衍射實驗證實了電子運(yùn)動的波動性-電子衍射圖是電子“波”互相干涉的結(jié)果，證實了de Broglie的

8、預(yù)言。,電子衍射實驗,微觀粒子電子的質(zhì)量：9.110-31kg，運(yùn)動速度：1106m.s-1， 則其波動的波長為0.72nm(而電子的直徑約為10-6nm )。,宏觀粒子子彈的質(zhì)量：1.010-3kg，運(yùn)動速度：1103m.s-1， 則其波動的波長為6.62510-25nm(而子彈的直徑約為106nm)。,德布羅意的預(yù)言將微觀粒子的波長、質(zhì)量m和運(yùn)動速度v 之間用普朗常數(shù)h(6.62510-34J s)聯(lián)系起來：h/(mv)。,計算表明，宏觀物體的波長太短，根本無法測量，也無法 察覺，因此我們對宏觀物體不必考察其波動性，而對高速運(yùn)動 著的質(zhì)量很小的微觀物體，如核外電子，就要考察其波動性。,實物

9、顆粒的質(zhì)量、速度與波長的關(guān)系,宏觀物體的運(yùn)動特征：可描繪出它們的運(yùn)動軌跡，可以確 定它們某一時刻的位置和速度。,牛頓力學(xué)研究質(zhì)點運(yùn)動時，由F=ma，可求出加速度a。 由公式：v1 = v0+at，s = v0t+1/2at2，可以同時測得某一時刻t 時質(zhì)點的位置，速度和動量。,Heisenberg,海森伯測不準(zhǔn)原理,例：核外運(yùn)動的電子，其質(zhì)量m = 9.1110-31kg ， 位置的 測不準(zhǔn)量x =10-12m，求速度的測不準(zhǔn)量v 。,解：原子半徑一般以為單位，其數(shù)量級為10-10m。因此， 表示原子內(nèi)部的電子的位置，粗略地看應(yīng)該有x = 10-12m。這種精確程度并不能令人滿意。,速度的測不

10、準(zhǔn)量 v 已經(jīng)達(dá)到了光速的量級，根本無法接 受，何況這還是在 x 并不令人滿意的基礎(chǔ)上計算出來的。,上例說明了的確不能測準(zhǔn)微觀粒子的位置和動量。,對于質(zhì)量較大的宏觀物體，測不準(zhǔn)原理沒有實際意義，例如子彈，m = 10g，看其 x和v的大小。,問題的關(guān)鍵就在于電子質(zhì)量m = 9.1110-31 kg ，非常小。,的數(shù)量級約為10-4 ，這在微觀世界是很大的數(shù)字。,可見，位置和動量的準(zhǔn)確程度都將令人十分滿意。,x/m： 10-6 10-9 10-12 v/ms-1：10-26 10-23 10-20,微觀粒子的波粒二象性和測不準(zhǔn)原理使人們認(rèn)識到不能用經(jīng)典的牛頓力學(xué)來描述微粒，玻爾理論認(rèn)為電子在固定

11、不變的圓形軌道上運(yùn)動是不對的。 只能采用統(tǒng)計方法，對微粒運(yùn)動作出概率的判斷，從而推出核外電子的運(yùn)動規(guī)律。 合理的模型只能在測不準(zhǔn)原理的限制之內(nèi)，用一個代表原子性質(zhì)和行為的抽象的數(shù)學(xué)方程式來描述，而不能像玻爾所描述的那種輪廓鮮明的模型。,原子的波動力學(xué)模型 (1926),波函數(shù)與薛丁諤方程,由于電子具有波粒二象性，類似于電磁波，因此可以用一 個波函數(shù)來描述電子的運(yùn)動特征，波函數(shù)是一個三維空間的函 數(shù)。電子是圍繞著原子核的三維波。,n , l , m ( x , y , z ),B.薛丁諤方程 1927年奧地利物理學(xué)家薛定諤(E.Schrodinger)從物質(zhì)波的概念 和測不準(zhǔn)原理出發(fā)，用統(tǒng)計方法

12、提出了一個量子力學(xué)的基本方 程微粒波動方程式(薛定諤方程)。,A.波函數(shù),Schrodinger,式中：-波函數(shù)， E-能量， V-勢能 ， m-微粒的質(zhì)量， -圓周率， h-普朗克常數(shù)。,將直角坐標(biāo)三變量x，y，z 變換成球坐標(biāo)三變量r， 。,根據(jù) r， 的定義， x = rsin cos y = rsin sin z = rcos r2 = x2+y2+z2,n,l,m(x,y,z)=n,l,m(r,)=Rn,l(r)Yl,m(,)=Rn,l(r)l,m()m(),徑向函數(shù),角度函數(shù),為了使求解薛丁諤方程得到有意義的解，必須引入量子數(shù)。 (1)解Rn , l (r)方程時，引入主量子數(shù) n

13、：1，2，3，。 (2)解l, m()方程時，引入角量子數(shù)l：0，1，2，n-1。(3)解 m()方程時，引入磁量子數(shù)m：0，1，2，l。,a.主量子數(shù) n,C. 4個量子數(shù)的物理意義,取值 1，2， 3， 4， ，。為正整數(shù)(自然數(shù))，光譜學(xué) 上用： K，L，M，N 表示 。 意義：表示原子軌道的大小，核外電子離核的遠(yuǎn)近，或者 說是電子所在的電子層數(shù)。n=1表示第一層(K 層) ，離核最近。 n 越大，離核越遠(yuǎn)。,單電子體系，能量完全由 n 決定。但多電子體系的能量同時要受到其它量子數(shù)的影響，不完全取決于 n 。,取值受主量子數(shù)n的限制， 對于確定的主量子數(shù)n ，角量子數(shù)l 可以為0，1，2

14、，3，4 ( n-1)， 共 n 個取值。 量 子 數(shù)：0，1，2，3，4 光譜學(xué)上依次用表示：s，p，d，f， g ,b. 角量子數(shù) l,意義：角量子數(shù) l 決定原子軌道的形狀。例如 n = 4 時， l 有 4 種 取值，就是說核外第四層有4 種形狀不同的原子軌道： l = 0， s 軌道，形狀為球形- 4s 軌道； l = 1， p 軌道，形狀為啞鈴形- 4p 軌道； l = 2， d 軌道，形狀為花瓣形- 4d 軌道； l = 3， f 軌道，形狀更復(fù)雜- 4f 軌道。,由此可知，在第四層上，共有4 種不同形狀的軌道。同層中 ( 即n 相同 ) 不同形狀的軌道稱為亞層，也叫分層。就是說

15、核外第四層有 4 個亞層或分層。,m決定原子軌道的空間取向。取值受角量子數(shù) l 影響，對 于給定的l，m可?。?，1，2，3， ， l 。若 l = 3， 則m= 0，1， 2，3， 共7個值。n 和l 一定的軌道，如2p軌 道(n =2，l = 1)在空間有三種不同的取向。 每一種m的取值，對應(yīng)一種空間取向。m 的不同取值，或者說原子軌道的不同空間取向，一般不影響能量。 3 種不同取向的 2p 軌道能量相同。說這3個原子軌道是能量簡并軌道，或者說2p軌道是3重簡并的。 而 3d則有5種不同的空間取向， 3d 軌道是5重簡并的。,c.磁量子數(shù) m,d.自旋量子數(shù) ms,電子既有圍繞原子核的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，也有自身的旋轉(zhuǎn)，稱為電子的自旋。ms 的取值只有兩個，+1/2和-1/2 。電子的自旋方式只有兩種，用 “” 和 “” 表示