绪论及第一章原子结构及周期系

无机化学多媒体教学课件湖北中医药大学药学院基化教研室绪论一.无机化学及其任务:在分子、原子、离子等层次上研究无机物的组成、结构、性质以及应用的一门学科称为无机化学.

无机化学的任务:在分子、原子、离子等层次上研究无机物的组成、结构、性质、制备以及应用.

无机物:除碳氢化合物及其衍生物外,所有元素及化合物统称为无机物.、

二.无机化学的内容:

原子结构结构化学分子结构配合物结构电离平衡溶液化学沉淀-溶解平衡氧化还原平衡配位平衡元素化学:技能训练:

三.无机化学与药学类各专业的关系1.药物的构效关系:2.药物的稳定性:水杨酸钠合剂水杨酸钠10gNaHCO36g

Na2SO3

0.4gH2O至100ml3.药液的酸度:青霉素制剂（pH=6.84)青霉素100万单位

NaH2PO4

0.56g

Na2HPO4

0.28gNaCl0.46gH2O至100ml4.药物的质检:

四.“无机化学”课程的学习方法努力提高学习的主动性;培养自学能力;提高学习效率;探索适合于自己的学习方法五.主要参考书1.武汉大学编.无机化学.武汉大学出版社2.北京师范大学等校编.无机化学.高等教育出版社3.傅献彩主编.大学化学.高等教育出版社4.许善锦.无机化学.人民卫生出版

原子结构第一次课思考题1.电子在核外运动有哪些特殊性？2.如何用原子轨道、电子云、四个量子数描述电子在核外的运动状态？第一章原子结构与周期系第一节核外电子运动的特征电子是微观粒子（电子的质量为9.1×10-31千克，运动速度为2.18×106m/s，原子直径约为10-10m)一.具有量子化特征：电子在核外运动时能量变化是量子化的。1.量子化：不连续变化的物理量。如电量，能量。2.氢原子光谱：是线状光谱氢原子光谱特征:

不连续的,线状的;

线状光谱(不连续光谱)带状光谱(连续光谱）发现:任何单原子气体受激时都发射线状光谱.不同元素原子所发出的谱线各不相同,相同元素原子所发出的谱线都是一样的为什么原子光谱是线状光谱？3.玻尔理论（要点）1.电子在核外固定轨道上运动。不吸收也不放出能量。2.每个轨道都有确定的能量。氢原子各轨道的能量：E=-2.18×10-18/n2（J)

n=1,2,3,4,

等正整数.n越大，则电子在离核越远的轨道上运动，其能量越高。

跃迁：激发和退激统称为跃迁3.电子在不同能量的轨道之间跃迁时，以光的形式放出能量。

△E=E2–E1=h=△E/h式中h为普朗克常数(6.626×10-34J·s）由于能量变化是不连续的，则频率就是不连续的，得到的光谱就是线状光谱.

基态：电子处在能量低的轨道上运动，称为基态。

激发态：电子处在能量较高的轨道上运动，称为激发态。

能级：电子运动所处的不连续能量状态称为能级。二.具有波粒二象性1.德布罗意关系式：λ=h/mv

λ–波长（波动性）mv—电子的质量和运动速度（粒子性）2.实验证实：电子衍射实验：有衍射环纹（有波动性）阴极射线：电子束使涡轮旋转（有粒子性)三.遵守测不准原理：△x·△p≥h

△x—电子运动的位置不准量，△p--电子运动的动量不准量第二节核外电子运动状态的描述一.薛定谔方程:

薛定谔方程的解：Ψn,l,m(x,y,z)二.波函数和原子轨道1.波函数（Ψ）：表征核外电子运动状态的状态函数。当三个常数参数（n,l,m)取值一定时，就代表电子的一种运动状态。如Ψ2，0，0(x,y,z)，表明电子在第二层上运动，是一个球体。2.原子轨道：是波函数的同义词。波函数在空间分布所构成的图形，称为原子轨道。如：球形，称S原子轨道哑铃形，称p原子轨道花瓣形，称d原子轨道复杂形，称f原子轨道三.概率密度和电子云1.概率密度（Ψ2）：电子在核外微单位体积内出现的概率。2.电子云：是概率密度的同义词。概率密度在空间分布所构成的图形，称为电子云。也是用s,p,d,f四种符号表示四种形状的电子云。问题：电子在核外运动时有哪几种形状？分别用哪几种符号表示？四.原子轨道和电子云的空间图形

Ψn,l,m(r,θ,φ)=Rn,l(r)Yl,m(θ,φ)Rn,l(r)—径向分布函数，Yl,m(θ,φ)—角度分布函数（一）角度分布图：1.原子轨道角度分布图2.电子云角度分布图：原子轨道与电子云的角度分布图的区别：原子轨道角度分布图有正负号，并肥大一些。电子云的角度分布图没有正负号，并瘦小些。（二）径向分布图：径向分布函数作图得到的图形表明电子在核外出现几率大的区域离核的远近。氢原子核外电子的D函数图象3s3d3p2s2p1s说明几点：1.径向分布图是曲线，有峰和节面。峰：电子出现几率大的区域。节面：电子出现几率为零的区域。2.不同类型轨道的峰数，节面数不同。3.原子轨道有大小之分，且有节面。如：1s2s3s4s,n值小的原子轨道体积小，离核近。

原子轨道峰数(个)节面数(个)nsnn-1npn-1n-2ndn-2n-34.核外电子是分层排布的。n=1时电子出现几率最大区域在1a0

n=2时电子出现几率最大区域在5a0n=3电子出现几率最大区域在10-12a0

五.四个量子数：核外每个电子的运动状态必须用四个量子数表征（一）主量子数（n）（电子层数）1.物理意义：描述电子在核外出现几率大的区域离核的远近及能量的高低。n小,电子离核近，能量低。2.取值：n=1,2,3…+∞（二）角量子数（l)1.物理意义：描述原子轨道的形状。

l

=0是s原子轨道，l=1是p原子轨道，

l

=2是d原子轨道，l=3是f原子轨道2.l

的取值：受n的制约

l=0，1，2，3…（n-1)（三）磁量子数（m)1.物理意义：描述原子轨道在空间的伸展方向，每一m个值代表一个伸展方向，每个伸展方向就是一个轨道。2.取值：受l的制约。

m=-l…0…+l

nl轨道符号m轨道数电子层轨道数101s011

202s01412p-1,0,+13

303s0113p-1,0,+13923d-2,-1,0,+1,+25

404s0114p-1,0,+131624d-2,-1,0,+1,+2534f-3,-2,-1,0,+1,+2,+37

3.简并轨道：能量相同，形状相似，只是伸展方向不同的轨道S原子轨道没有简并轨道，P轨道有三个简并轨道，d有5个简并轨道，f原子轨道有7个简并轨道。

问题：写出3个简并P轨道符号，5个简并d轨道符号。

（四）自旋量子数（Si)1.物理意义：描述电子自旋方向。2.取值：Si=+1/2-1/2要求：1.四个量子数与原子轨道会相互表征。2.四个量子数取值是否合理.原子结构第二次课思考题1.氢原子轨道能级顺序的特点是什么？2.多电子原子轨道能级顺序的特点是什么？存在什么现象？如何解释？3.核外电子排布规则有哪些？4.如何确定原子的价电子构型？

第三节多电子原子结构和元素周期表

一.氢原子的轨道能级顺序：1.能级公式：

(J)

式中n为主量子数。氢原子的轨道能量只决定于n。n值小，轨道的能量低，n相同，轨道的能量相等。2.轨道的能级顺序：

E1S＜E2S=E2p＜E3S=

E3p=

E3d＜E4s=E4p…

二.多电子原子的轨道能级顺序

1.能级公式：式中n为主量子数,Z为原子的核电荷数，

σ为屏蔽常数。多电子原子轨道的能量不仅决定于n，还与有关.原因：在多电子原子中存在屏蔽效应和钻穿效应。2.屏蔽效应：电子之间的排斥，部分抵消了核对电子的吸引作用称屏蔽效应。(J)

屏蔽效应的大小可用σ常数衡量。σ越大,屏蔽效应越大有效核电荷越小，核对电子的引力越小，轨道的能量越高。

σ的计算----斯莱特规则：将原子中的电子按下列顺序分成若干组:(1s)(2s2p)(3s3p)(3d)(4s4p)(4d)(4f)(5s5p)(5d)…(1)外层轨道上的电子对内层轨道上的电子不产生屏蔽作用（σ＝0）（2）同组轨道上的电子之间每个电子的σ＝0.35（1s为σ＝0.30）（3）被屏蔽电子是ns,np轨道上的电子，则n-1层上的每个电子的σ＝0.85，n-2，n-3层上的每个电子的σ＝1.00

（4）被屏蔽电子是nd,nf电子：则（nd）或（nf）组左边各组轨道上每个电子的σ＝1.00例如：Cu是29号元素，29个电子,分别计算4s，3d轨道的能量3.钻穿效应：n相同l不同的原子轨道，由于钻穿能力不同，使轨道的能级发生了分裂。这种现象称为钻穿效应。

﹥

钻穿能力：ns﹥np﹥nd﹥nf小峰数：nn-1n-2n-3

n相同l不同的各轨道的能级：

Ens＜Enp＜End＜Enf

4.能级交错：n大l小与n小l大的轨道之间发生能级颠倒的现象称能级交错。如：E3d﹥E4S,

E4d﹥E5S,

E5d﹥E4f﹥E6S

5.多电子原子的轨道能级顺序：（1）鲍林近似能级图：E1s＜E2s＜E2p＜E3s＜E3p＜E4s＜E3d＜E4p＜

E5s

＜

E4d＜

E5p＜E6S＜

E4f＜E5d＜

E6p＜E7s…

要求：会背两个能级顺序。＜（2）科顿原子轨道能级图

说明几点：（1）单电子原子H的能级由n决定。(2)多电子原子中：n不同l相同的轨道，能量决定于n.（3）多电子原子中：n同l不同的轨道，发生了分裂。（4）多电子原子中：随原子序数的递增，s,p轨道的能级逐渐下降。(5)当（n-1)d,（n-2)f轨道上填充电子后，能级不再交错。

三.多电子原子核外电子的排布（一）排布规则

1.保里不相容原理：一个原子中不可能有四个量子数完全相同的两个电子。推论（1）每个轨道最多容纳2个电子，且自旋方向相反（2）每种轨道最多容纳电子数：S2,P6,d10,f14

(3)每层最多容纳电子数为2n2

2.能量最低原理：电子在原子轨道中填充总是从能量低的1s轨道开始依次填充，使原子处于能量最低状态（基态）3.洪特规则：电子填充最后进入简并轨道时，应尽可能分占简并轨道，且自旋方向相同。特例：在简并轨道中，电子排布为全满，半满，全空，都是稳定状态。（二）排布方法1.电子层结构式：用原子轨道符号右上角注明填充电子数。

2.电子轨道式：用○或表示轨道。并填入电子。

要求会排布任何原子的核外电子。

（三）价电子层结构式（价电子构型）参加化学反应的电子构型。

要求会根据电子层结构式确定价电子层结构式。课堂练习：写出下列元素的电子排布式，并确定价电子层结构式：

12Mg,17Cl,24Cr,29Cu,26Fe,30Zn,7N,50Sn

四.电子层结构与元素周期表（一）电子层结构与周期的划分周期表中每一横行就是一个周期。第一周期，称超短周期。只有2种元素。1S11S2第二周期，称短周期，有8种元素。2S1—2S22P6第三周期，称短周期，有8种元素。3S1—3S23P6。

第四周期，称长周期。有18种元素.4S1—3d104s24p6第五周期，称长周期。有18种元素。5S1—4d105s25p6第六周期，称特长周期，有32种元素。第七周期，称不完全周期。

元素的周期数=原子的价电子层结构中最大n值。

（二）电子层结构与族的划分：周期表的列称为族。有主族（A)8个，副族(B)8个，

主族元素：价电子层结构特点：ns1-2np0-5主族数=ns轨道上电子数+np轨道上的电子数。用罗马字表示。副族元素：价电子层结构:(n-1)d1-10ns1-2副族数：

ⅠB-ⅡB:(n-1)d10ns1-2（s电子数）

ⅢB-ⅦB:(n-1)d1-5ns1-2(d电子+s电子：≥3，≤7）

ⅧB:

(n-1)d6-9ns1-2(d电子+s电子：≥8)

零族元素：价电子结构式：nS2np6

(三）电子层结构与区的划分；S区:ns1-2np0ⅠA,ⅡAP区:ns2np1-6ⅢA～ⅧAd区(n-1)d1-9ns1-2ⅢB

～ⅧB

dS区(n-1)d10ns1-2ⅠB,ⅡB

要求：会判断元素的周期，族，区原子结构第三次课思考题1.元素的周期、族、区如何确定？2.什么叫电离能？为什么氧的电离能小于氮的？3.什么叫电负性？它有什么意义？

第四节元素性质的周期性一.原子半径：（一）类型：1.共价半径（rc):同种元素的两个原子以共价单键结合成分子时，它们核间距的一半。

99pm←360pm→128pm铜原子半径氯原子的范德华半径氯原子的共价半径

2.范德华半径（rv)：在分子晶体中，相邻分子间两个邻近的非成键原子核间距的一半。3.金属半径(rm)：在金属晶体中，相邻的两个接触原子的核间距的一半。（二）影响原子半径大小的因素：1.有效核电荷数（Z﹡）：Z﹡，核对外层电子的引力大，原子半径就越小。2.电子层数（n）：n大，原子半径大。（三）变化规律：

同一周期：短周期：从左往右，rc减小显著。

原因：随着核电荷的递增，电子增加在同一电子层上（n相同），同层电