大化材第二章物质结构学时

大化材第二章物质结构学时第一页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六第二章物质的结构和材料的性质第1节原子核外电子运动状态一、波粒二象性是核外电子运动的基本特征19世纪末的三大发现X射线（1895年）放射性（1896年）核和电子（1897年）光子的波粒二象性——爱因斯坦

1924年，德布罗依物质波第二页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

电子衍射示意图第三页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六电子衍射示意图晶体粉末狭缝多晶电子衍射图单晶电子衍射图电子束电子衍射仪第四页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六原子结构的波动力学模型(1)海森堡的不确定原理:不可能同时测得电子的精确位置和精确动量！(2)具有波粒二象性的电子，不再遵守经典力学规律，它们的运动没有确定的轨道，只有一定的空间概率分布。实物的微粒波是概率波。第五页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

1926年薛定谔建立了著名的微观粒子（定态）波动方程，一般称薛定谔方程：薛定谔方程第六页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

波尔

薛定谔第七页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六二、电子运动状态描述的三种方法1.波函数和原子轨道

波函数ψ是薛定谔方程的解，它是描述核外电子在空间出现的数学函数式，可分解为径向部分和角度部分。波函数=薛定谔方程的合理解=原子轨道第八页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六第九页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六原子轨道的径向分布rD(r)3s2s1s第十页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六原子轨道的径向分布D(r)3p2pr第十一页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六S电子云p电子云d电子云2.概率密度和电子云|ψ|2

第十二页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

s电子云的空间分布界面图第十三页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六电子云是电子在空间运行的统计结果第十四页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六到电子云Ψ2(r,θ,φ)波函数Ψ和电子云|Ψ|2区别波函数是一个数学函数,很难阐述其具体的物理意义，只能将其想象为特定电子在原子核外可能出现的某个区域的数学描述。

电子云（|Ψ|2）的物理意义是概率密度，表达微粒在空间某点单位体积内出现的概率。

原子轨道有正负之分，电子云不再有“+”、“-”之分。第十五页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

在解薛定谔方程的过程中，为了保证解的合理性，自然引入三个参数

n、l、m；它们分别被称做主量子数、角量子数和磁量子数。

(2)主量子数

n

的重要意义：决定电子能量高低的重要因素。主量子数

n(1)

n的取值为1，2，3，…，正整数。

(3)在光谱学中常用大写字母

K，L，M，N，O，P，Q

表示

n=

1，2，3，4，5，6，7的电子层。3.量子数第十六页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六角量子数

l(1)表征电子绕核运动的角动量的大小。(2)角量子数

l的取值为：

0，1，2，3，……，（n-1）(4)物理意义：确定原子轨道或电子云形状。(3)光谱符号：s，p，d，f电子亚层第十七页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六磁量子数

m(1)表征了原子轨道在空间的伸展方向。(3)磁量子数

m确定了角动量在外磁场方向上的分量大小。

(2)m可以取

-l，-(l-1)，……，0，1，……，(l-1)，l共（2l+1）个数值，即

(2l+1)个原子轨道。第十八页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

自旋量子数ms

(1)描述电子绕自轴旋转的状态(2)自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为(3)ms

取值+1/2和-1/2，分别用↑和↓表示第十九页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六三个量子数确定原子轨道：n,l,m

四个量子数描述核外电子运动状态：n,l,m,ms

二个量子数确定原子轨道能量：n,l

第二十页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六练习：1.写出与轨道量子数n=4,l=2,m=0的原子轨道名称。第二十一页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六2.判断对错，指出意义ψ（3,2,1）;ψ（1,2,0）;ψ（4,0,0）3s、4p、2d、5f;1px、

1py、

1pz

3.判别下列对原子核外电子运动的说法正确与否a.核外电子运动是完全自由的，所以不能同时确定它所处的位置和能量；b.核外电子运动是受束缚的，它只能在核外某个空间允许的范围出现；c.核外电子运动是受束缚的，所以它有一定的轨迹，这轨迹就是原子轨道。第二十二页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六4.电子在核外空间运动时，不能同时确定______及_______，这叫电子运动的不确定性或不确定原理。5.主量子数的符号用____表示，当其为4时，角量子数可取____个数值，与最大角量子数组成的组态符号是____，它有_____个轨道。6.实验证明高速运动的电子、光子是微粒，同时还存在____现象，所以_____是电子、光子等微观粒子的最基本特性。第二十三页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六能级跃迁示意图

能级跃迁释放能量

吸收能量三、能级跃迁和原子光谱分析第二十四页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(1)原子发射光谱法分析原子发射光谱的特征频率元素的定性分析原子发射光谱法又分为摄谱法和光电计数法定量分析分析原子发射光谱的强度第二十五页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六ICP-OES电感耦合等离子原子发射光谱仪(全谱直读

Vista系列，单道

Liberty系列)第二十六页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(2)原子吸收光谱法AA原子吸收光谱仪(SpectraAA系列)第二十七页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六小结：描述核外电子运动状态的三种方法：1.波函数和原子轨道2.电子云和概率密度3.量子数作业：P775第二十八页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六祝同学们学习、生活快乐！

谢谢各位同学！第二十九页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六复习：

一、电子的波粒二象性二、描述电子运动状态的四个量子数三、电子运动状态描述的三种方法1.波函数Ψ和原子轨道2.电子云|Ψ|2和概率密度3.量子数：n、l、m、ms第三十页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六第2节元素周期律金属材料遵循以下三个原则：一、多电子原子的电子排布近似能级顺序图1s2s2p3p3s3d4s4p4d4f5f5d5p5s6s6p6d7s7p5g总的排布结果是使该原子系统的能量最低。能量最低原理泡利不相容原理洪特规则第三十一页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(1)主量子数

n：

角量子数相同时，n越大，原子轨道的能量越高，即：

1s<2s<3s<4s能量最低原理(2)角量子数

l

：n相同时，l越大，原子轨道的能量越高，即：

nf>nd>np>ns。第三十二页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

一个原子轨道最多能容纳两个电子，而且这两个电子“自旋方向”必须相反，即两个电子在核周围出现必须相差π（二分之一周期），这样才能保证它们间斥力最小。泡利不相容原理同一原子轨道中两个电子的排布第三十三页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

在同一能级内，电子尽可能分布在不同的能量相等的轨道中，这叫洪特规则。洪特规则6C原子：1s22s22p2IIIIII第三十四页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六洪特规则的补充如：29号元素Cu：是

[Ar]3d104s1，

而不是

[Ar]3d94s2。

对于同一

d

或

f亚层，当电子排布为半充满、全充满或全空的情况下的原子系统比较稳定。24号元素Cr：是

[Ar]3d54s1，

而不是

[Ar]3d44s2。第三十五页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六1s4s3d3p3s2p2s1s2s2p3s3p3d4s29Cu24Cr第三十六页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六外层电子排布式与价电子外层电子也叫价电子主族元素11Na：3s117Cl：3s23p5副族元素24Cr：3d54s14s158Ce：4f15d16s26s2或5d16s2第三十七页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六离子的外层电子排布式

原子失去电子的顺序是按原子核外电子排布式从外层到内层顺序（即主量子数较大的电子层先失去电子）。例如26Fe3+：1s22s22p63s23p63d53d5

3s23p63d5第三十八页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六未成对电子数

如果有未成对电子，那么它不仅有较高的化学活性，还一定有磁性。例如17Cl：3s23p5未成对电子数是

124Cr：3d54s1624Cr3+

：3s23p63d33第三十九页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六第四十页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六例：7号元素，17号元素，24号元素练习：9号元素，29号元素，5号元素第四十一页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六二、元素周期律1.原子结构与元素周期律第四十二页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六第四十三页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六主族元素:s区和p区元素过渡元素:d区元素内过渡元素:f区元素。填入4f亚层和5f亚层的内过渡元素分别又叫镧系元素和锕系元素。

第四十四页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六2.元素基本性质的周期性

原子半径、电离能、电子亲核能、电负性、氧化值等，呈现明显的周期性。(1)原子半径一般来说，范德华半径>金属半径>共价半径。

在讨论原子半径的变化规律时，实际上使用了上述三种原子半径。范德华半径金属半径共价半径第四十五页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六原子半径数据Li157Be112Mg160Na191Ca197K235Rb250Sr215Ba224Cs272Sc164Mo140Cr129Mn137Tc135Re137Os135Ru134Fe126Co125Rh134Ir136Pt139Pd137Ni125Cu128Ag144Au144Hg155Cd152Zn137Ti147V135Nb147Y182Hf159Ta147W141Lu172Zr160B88C77N74O66F64Al143Si118P110S104Cl99Ge122Ga153Tl171In167Br114As121Se104Sn158Sb141Te137I133Bi182Pb175第四十六页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六同周期原子半径的变化趋势(一)第四十七页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

使镧系后面的过渡元素铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)的原子半径与其同族相应的锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)的原子半径极为接近，造成

Zr和Hf、Nb和Ta、Mo和W的性质十分相似，在自然界往往共生，分离十分困难。

镧系收缩的结果：第四十八页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六同族元素原子半径自上而下增大:电子层依次增加,有效核电荷的影响退居次要地位同族原子半径的变化趋势(二)同族元素原子半径的变化趋势：第四十九页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(2)电离能和电子亲和能

从气态原子失去

1个电子成为

+1价阳离子时所吸收的能量，称为第一电离能

I1，常用单位

kJ·mol–1。

气态原子获得

1个电子成为

–1价阴离子时所放出的能量。电子亲和能的数据不全，规律性也不强。电离能电子亲和能第五十页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六有效核电荷(Z′)Z′=Z–σ

Z

为核电荷；

σ为屏蔽常数

同层电子：

σ

=

0.35（n=1时为0.30）内一层电子：

σ

=

0.85再内二层电子：σ

=

1.00Z′=26例如：35BrZ′=3526Fe–（6×0.35+18×0.85+10×1.00）=7.60–(1×0.35+14×0.85+10×1.00）=3.75

第五十一页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六屏蔽和穿钻效应屏蔽效应：对一个指定的电子而言,它会受到来自内层电子和同层其他电子负电荷的排斥力,这种球壳状负电荷像一个屏蔽罩,部分阻隔了核对该电子的吸引力。钻穿效应：指外部电子进入原子内部空间，受到核的较强的吸引作用。第五十二页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(3)电负性化合物电负性元素电正性元素ClO2(Cl-O化合物)O(3.44)Cl(3.16)HClCl(3.16)H(2.20)

元素的电负性表示处于化合物中的该元素原子将电子对吸引向自身的能力。如果原子吸引电子的趋势相对较强,元素在该化合物中显示电负性;如果原子吸引电子的趋势相对较弱,元素在该化合物中则显示电正性。第五十三页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六H2.1HeLi1.0Be1.5B2.0C2.5N3.0O3.5F4.0NeNa0.9Mg1.2Al1.5Si1.8P2.1S2.5Cl3.0ArK0.8Ca1.0Sc1.3Ti1.5V1.6Cr1.6Mn1.5Fe1.8Co1.9Ni1.9Cu1.9Zn1.6Ga1.6Ge1.8As2.0Se2.4Br2.8KrRb0.8Sr1.0Y1.2Zr1.4Nb1.5Mo1.8Tc1.9Ru2.2Rh2.2Pd2.2Ag1.9Cd1.7In1.7Sn1.8Sb1.9Te2.1I2.5XeCs0.7Ba0.9La1.——Lu1.2Hf1.3Ta1.4W1.7Re1.9Os2.2Ir2.2Pt2.2Au2.4Hg1.9Tl1.8Pb1.9Bi1.9Po2.0At2.2RnFr0.7Ra0.9Ac——1.1LrRf1.3DbSgBhHsMt周期表中的一些元素的电负性第五十四页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(4)氧化值

IA0+10IIAIIIAIVAVAVIAVIIA+2+3-4+4-3+1+3+5-2+4+6-1+1+5+7IIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIB+3+2+4+3+5+3+6+2+7+2+3+8+1+2+3+2+1+3+2+4+3+5+4+6变价元素中，下划线的较稳定第五十五页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六三、金属材料1.金属分类按颜色分：黑色金属和有色金属黑色金属：包括铁、锰、铬及其合金。有色金属：除黑色金属以外的所有金属及其合金。第五十六页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

有色金属按其密度、化学稳定性及其在地壳中的分布等，分为以下五类：（1）轻金属密度小于4.5g·cm-3，包括铝、、镁、铍、钠、钾、钙、锶、钡、钛。（2）重金属密度大于4.5g·cm-3，包括铜、镍、铅、锌、锑、钴、汞等。第五十七页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

（3）贵金属金、银和铂系元素。（4）稀有金属含量较少、分布稀散、发现较晚、难提取或制备应用较晚，如锂、铷、铯、铍、…稀土元素等。（5）放射性元素指金属元素的原子核能自发地放射出射线的金属，包括钫、锝、钋、镭和锕系元素。第五十八页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

2.几种重要的金属元素及其重要化合物（1）钛及其重要化合物22Ti：3d24s2

密度小（4.5g·cm-3），熔点高(1675℃)，强度大，耐腐蚀。钛合金性质耐腐蚀性强，特别在海水中不会出现孔蚀或缝隙腐蚀；高、低温力学性能好。钛合金可用于高速飞机的制造。第五十九页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六某些钛合金在低温下能保持良好的塑性、足够的韧性，常用于航空航天器的液氢贮箱及液氦贮箱。具有记忆功能、超导功能、储氢功能。如TiNb合金是超导材料，TiMn1.5为储氢材料，钛合金还有亲生物功能，用于制作骨螺钉、人工关节。第六十页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六（2）铬及其重要化合物

24Cr3d54s1

熔、沸点高，硬度大，易钝化，耐腐蚀。用于制造特殊钢，如铬钢，含铬0.5%，既硬又有韧性。不锈钢中含铬12-14%。

生物体中的铬主要以+3氧化态形式存在。人体中低浓度的铬广为分布，其中较多在组织和器官中。第六十一页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

铬的生理功能与胰岛素密切相关，在胰岛素促进简单物质合成脂肪时，需三价铬。因此三价铬是人体正常的糖代谢和脂代谢的必需微量元素。若人体中含铬量太低，往往会导致胆固醇不正常，引起动脉粥样硬化，使血液病变。通过服用铬剂可得到治疗。六价铬对人体有毒，可引起贫血、肾炎、消化道疾病，并有致癌作用。铬存在于海藻、鱼类、豆类中。第六十二页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(3)锰及其重要化合物

25Mn3d54s2

锰合金用途大。锰钢（含锰12—15%），硬，能抗冲击并耐磨损。锰是是人体健康必须的微量元素。人体含量为10—20mg，是一种酶激活剂。锰在人体中主要以Mn3+形式存在，我国规定成人锰的摄入量为5-10mg/日。

第六十三页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六缺少锰会影响体内多种维生素的合成和功能、降低人的抗病能力、造成骨骼畸形、易惊厥。但锰过量会导致无力、帕金森症、心肌梗塞。锰存在于干果、粗谷物、核桃仁、板栗、菇类等食物中。高锰酸钾常用氧化剂、毒气吸附剂、消毒杀菌剂。第六十四页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六稀土元素镧系元素57La-71Lu，用Ln表示。ⅢB族的钪Sc、钇Y和镧系元素一起统称为稀土元素。稀土元素为+3氧化态时比较稳定，但也有+2、+4氧化数。第六十五页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六彩色荧光粉：(Y2O2S:Eu3+，红粉；Y2O2S:Tb3+，绿粉)稀土元素产品

用稀土化合物给材料着色或染色，其色牢度、光泽等各种指标均优于传统的着色剂和染料。激光晶体：钇钕石榴石

(Y3Al5O12:

Nd3+)超导材料：

YBCO稀土永磁体：SmCo5、Nd15Fe77B8等染料：第六十六页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六合金材料合金:由一种金属与另一种或几种其他金属或非金属融合在一起形成的具有金属特性的物质。(2)固溶体合金:固态溶液,不仅在熔融时互溶，在凝固时也保持互溶。固溶体保持了溶剂金属的晶格，溶质金属分布在溶剂金属的晶格中。(1)混合物合金:两种或多种金属的机械混合物。熔融状态时完全或部分互溶，凝固时各组分又分别独自结晶出来。第六十七页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(3)金属化合物合金:当两种金属元素原子的外层电子结构、电负性和原子半径差别较大时，可形成金属化合物合金。包括正常价化合物和电子化合物。

大多数金属化合物属于电子化合物。这类化合物以金属键相结合，其成分在一定范围内变化，不符合氧化数规则。第六十八页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

轻质合金

以轻金属（镁、铝、钛、锂、铍等）为主要成分的合金材料，以铝合金和钛合金最为重要。

坚铝，含铝94%，铜4%，镁、锰、铁、硅各0.5%。

硬质合金

以硬质化合物为硬质相，金属或合金为黏结相的复合材料。(记忆合金、贮氢合金)第六十九页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六四、人体中各种元素的分布情况

人体在漫长的进化历程中，逐步形成了一套自我调节系统，选择了元素周期表中约有90种稳定元素来构成人体本身并维持生存。精确测定不同地区人体中化学元素的结果证明，地壳中存在的各种化学元素，在人体中几乎都能找到，而且人体中这些元素平均含量的相对大小，也和地壳内的情况十分相似，变化趋势也很吻合。第七十页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六原子序数105104103102101110–110–210–310–4地壳岩石中元素的丰度值/(mg·kg–1)血液(英国人)中元素平均丰度值/(mg·cm–3)NaFeOBaCSiCaK人体血液和地壳中元素含量的相关性第七十一页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六必需的微量元素：有

14种，它们分别是

Fe，F，Zn，Cu，Sn，V，Mn，Cr，I，Se，Mo，Ni，As，Co和Br等，共占人体总质量的

0.02%。宏量元素：有

12种，它们分别是

O，C，H，N，Ca，P，S，K，Na，Cl，Mg和Si，占人体总质量的

99.98%，是构成生命体的主要元素。宏量元素与微量元素第七十二页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六宏量元素的

K–C–Cl

生命线生命线

生命体内存在的宏量元素通常分布在元素周期表(短表)的最上部分。若以碳元素为起点，向钾元素和氯元素作两条连线，则宏量元素基本上分布在这条

K–C–Cl

线附近，故有人把这条线称为生命线。第七十三页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六最适宜营养浓度定律示意图元素浓度效应最适宜营养浓度定律

人体必需的微量元素具有一定适宜的浓度范围，超过或低于这个范围都会引起疾病，因此在微量元素摄入过程应当注意剂量–效应关系。第七十四页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六作业：小结:1.原子轨道的能量高低顺序2.多电子排布三原则3.原子结构和周期表的关系4.有效核电荷数，电离能，电子亲和能，电负性等概念Ｐ90

1，2，3，5第七十五页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六祝同学们学习、生活快乐！

谢谢各位同学！第七十六页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六复习：1.写出42号元素核外电子分布式。24号元素价电子的轨道表示式。2.指出3d104s2元素在周期表中的位置（区、族、周期）。第七十七页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

化学键就是原子结合态（比如分子）中相邻原子间较强烈的相互作用。这种结合力的大小常用键能表示，大约在125~900kJ·mol-1之间。化学键一般分为离子键、共价键和金属键三种。第三节化学键分子间力第七十八页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六1.离子键

离子键又称电价键，是正、负离子间通过强烈的静电作用而形成的化学键。离子键没有方向性和饱和性。由离子键结合而形成的晶体叫离子晶体。离子键与电负性有关。

一般把两元素电负性差大于1.7的键称为离子键。第七十九页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六1914年，美国化学家路易斯

(G.N.Lewis)2.共价键由共价键结合而成的化合物称为共价化合物。H·+·H→H∶H

成键原子间可通过共享一对或几对电子形成稳定的分子。由共享电子对形成的化学键称为共价键。第八十页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(1)价键理论要点（共价键的形成条件）A如果原子在未化合前含有未成对的电子，且自旋方向相反的话，则可以俩俩偶合构成“电子对”，每一对电子的偶合就形成一个共价键。（饱和性）B原子轨道重叠时，要同号重叠，且要符合最大重叠原理（方向性）第八十一页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六++s–spz–pzxx+–z+–z+px–sx–+–+–+px–pxxpx–px+zx–+zx–yπ键

σ键

共价键的键型：σ键、π键

第八十二页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六H

苯分子的成键

(a)sp2

轨道成

σ键骨架(b)6个

p轨道重叠成离域π键定域键和离域键

第八十三页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

作用：“离域键”会增加分子的稳定性；影响物质的理化性质。例：O3CO2NO2离域键表示为：第八十四页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(2)杂化轨道理论：问题：

如果H2O和NH3

分子中的O－H键和N－H键是由H原子的1s轨道与O原子和N原子中单电子占据的2p轨道重叠形成的，HOH和HNH键角应为90°；事实上,上述两个键角各自都远大于90°。第八十五页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

同一原子中能量相近的原子轨道组合成成键能力更强的新的原子轨道，这个过程就叫原子轨道的杂化，新的原子轨道称为杂化轨道。重新组合后的一组轨道如果能量相等、空间分布对称，则称为等性杂化，所得的轨道称为等性杂化轨道，如甲烷、乙烯、乙炔中的

C。杂化轨道理论第八十六页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六++--sp杂化轨道+-+-+-120osp2

杂化轨道sp3

杂化轨道碳的杂化轨道示意图(a)(b)(c)等性杂化第八十七页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六2s2p2s2psp2p两个

sp

杂化轨道激发杂化sp杂化第八十八页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六2s2p轨道2s2p2s2psp2三个sp2

杂化轨道激发杂化sp2杂化第八十九页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六2p2s2s2psp3四个sp3杂化轨道激发杂化sp3杂化第九十页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六不等性杂化

NH3

和

H2O分子空间构型示意图第九十一页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六H2O中共价键形成sp3杂化sp3基态氧原子的结构杂化轨道第九十二页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六NH3中共价键形成sp3杂化基态氮原子的结构杂化轨道NH3中共价键形成第九十三页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六解释下列问题：NH3、H2O的键角为什么比CH4

小？CO2

的键角为何是180°？

乙烯为何取120°的键角？

在BCl3

和NCl3

分子中，中心原子的氧化数和配体数都相同，为什么两者的空间分子结构却不同？第九十四页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六s-p-d杂化和p-d-s杂化（略）直线型sp

平面三角形sp2正四面体sp3三角双锥dsp3正八面体d2sp3杂化轨道理论小结：第九十五页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

杂化轨道理论能够很好地解释一些分子的空间构型，解释不了像氧分子具有顺磁性等一类的问题。

主要观点为：当原子形成分子后，电子不再局限于个别原子的原子轨道，而是从属于整个分子的分子轨道。分子轨道可以近似地通过原子轨道的适当组合而得到。电子在分子轨道中的排布规则同样服从能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。(3)分子轨道理论（略）第九十六页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六3.配位键（共价键里的一种特殊形式）

[BF4]-

形成条件：成键原子一方提供孤对电子，另一方提供空轨道。CO第九十七页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

配位化合物中的中心原子与配体之间形成的化学键叫配位键，它是由配体中的配位原子单独提供电子对与配位中心原子成键的。例如：配合物

[Ag(NH3)2]Cl

H3N∶+Ag++∶NH3[H3NAg

NH3]+第九十八页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

[CaY]2-配离子EDTA乙二胺四乙酸根合钙(II)6个配位原子

(4个

O，2个

N)EDTA是著名的解毒剂第九十九页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六A∶BA+B∶-4.键的离子性和共价性共振的结果是系统能量降低，分子趋于稳定。H:H，H+H:-，:H

-H+第一百页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

电负性之差与离子性之间的关系电负性之差0321离子性1.00.5IBr·LiF··KFNaCl·HCl·HF·第一百零一页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六元素电负性差离子性％共价性％0.21990.69911.022781.647531.855452.270302.682182.886143.089113.2928第一百零二页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六小结：1.离子键和共价键2.共价键中的σ键和π键，定域键和离域键3.杂化轨道理论3.键的离子性和共价性第一百零三页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六祝同学们学习、生活快乐！

谢谢各位同学！第一百零四页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六二、范德华力、次价力和氢键1.范德华力在小分子中分子间作用力被称做范德华力取向力诱导力色散力范德华力第一百零五页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六取向力：是指极性分子与极性分子的永久偶极间的静电引力。这种作用力的大小与分子的偶极矩直接相关。–+–+–+–+–+–+诱导力：指极性分子的永久偶极与非极性分子的瞬间诱导偶极之间的作用力。–+–+±–+–+–+第一百零六页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六±±–+–+色散力：指分子的瞬间偶极与瞬间诱导偶极之间的作用力，也叫伦敦力。范德华力的本质色散力大小依赖于分子的大小和形状

作用在分子或原子之间；没有方向性和饱和性；三种力主要是色散力。第一百零七页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

分子间的作用力比化学键小，仅仅几个千焦每摩尔，最多也只有十几千焦每摩尔。分子间力没有方向性，而且是一种极近距离的电性作用力。分子间力对物质的物理性质的影响

一般来说，相同类型的单质或化合物中，分子间力随其相对分子质量的增大而变大。

分子间力越大，汽化热越大，沸点就越高；固态物质的分子间力越大，熔化热就越大，熔点就越高等。第一百零八页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

氢原子与电负性大、半径相对较小的O

或N

原子成键时，其电子云强烈偏离H

原子，使其成为近似裸露的质子，进而再去吸引另一分子中的O

或N原子周围的电子云，这种作用称为氢键。2.氢键X–H····YX、Y主要是

F，O，N氢键具有方向性和饱和性。氢键键能约为

8~50kJ·mol–1，第一百零九页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六HXYRrdθ第一百一十页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六氢键的类型分子间氢键分子内氢键分子间氢键分子内氢键第一百一十一页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

次价力是高分子化合物、生物大分子物质的链间作用力，它是非键合原子间、基团间和分子间的结合力的总和，它包括氢键等分子间力。与次价力相对应的是主价力，它是形成高分子链的化学键。

次价力的大小影响高聚物的耐热性、溶解性、电性能、机械性能等。3.次价力第一百一十二页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

一般来讲，高分子化合物的相对分子质量越大，链越长，次价力和机械强度也越大，这是不同于小分子物质的一个主要点，也是高分子化合物能做结构材料的重要原因。对于含环形、梯形、网状或体型交联结构的高聚物，由于次价力的存在可使它们更具刚性、抗拉强度、优良的稳定性和耐热性。第一百一十三页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

有些高分子化合物自身即可导电。如聚乙炔，1958年合成，到20世纪70年代人们发现它有导电性能；继此，人们又陆续发现聚苯乙炔、聚乙烯吡啶等具有导电性。导电原因是这些分子中存在共轭π键，π电子在共轭体系中可自由流动。若用I2、Br2

等卤素或BF3、AsF3

等搀杂后，其电导率可达金属水平，因此被称为合成金属。用这些导电材料可做太阳能电池、电极、半导体材料等，也可制成有金属光泽的薄膜。“合成金属”第一百一十四页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

性能：无毒、无味，易溶于酮、醛、酯等有机溶剂。耐磨性、抗冲击性能好。

ABS塑料

用途：用于家用电器、箱包、装饰板材、汽车收音机等零部件。结构式:第一百一十五页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

金属键的分子轨道模型叫做能带理论或固体能带理论。能带理论认为：N

个金属原子组成金属后，N个原子中的每一种原子轨道发展成相应的

N

个分子轨道。由于能级间距极小，故而每一组分子轨道形成一个几乎连续的能带，这就是所谓的固体能带理论。1.金属键和固体能带理论3.4晶体缺陷陶瓷和复合材料一、固体能带理论第一百一十六页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六金属键“改性共价键”第一百一十七页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六能带：一组连续状态的分子（或原子轨道）(1)能带理论中的一些重要概念导带:电子在其中能自由运动的能带价带:金属中最高的全充满能带禁带:能带和能带之间的区域第一百一十八页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六第一百一十九页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(2)能带理论要点：A成键时价电子必须是“离域”的，属于整个金属晶格的原子所共有；B“能带”也可以看成是紧密堆积的金属原子的电子能级发生的重叠，这种能带是属于整个金属晶体的；C以原子轨道能级的不同，金属晶体中可有不同的能带，例如导带、价带、禁带等；第一百二十页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

利用能带理论，可把固体分为导体、绝缘体和半导体。在金属中禁带消失，电子较容易地进行迁移，这就是导体。在绝缘体中，禁带较宽。2.绝缘体和半导体第一百二十一页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(f)(e)n型半导体p型半导体掺B掺P(d)本征半导体SiEg≤3eV金属和固体能带示意图3p3s2p3s2s1s(b)(a)导体导带MgNa满带空带(c)禁带绝缘体金刚石Eg≥5eV第一百二十二页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六讨论：金属Mg由s轨道组合而成的导带已填满电子，但它仍是导体。为什么？第一百二十三页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六二、晶体的缺陷和晶体材料1.晶体的缺陷

在三维空间内按点阵式周期性排列并无限伸展的晶体称为理想晶体。实际晶体可在以下几个方面偏离理想晶体。(1)在实际晶体中周期性并不能无限地贯穿，一般的晶体多由边长~100nm左右的晶块组成，每个晶块间堆砌时或多那么几个或少那么几个原子就不能算作典型的理想晶体了。第一百二十四页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(2)晶体中处在晶格位置的原子、离子、分子并不是静止的。例如NaCl晶体中Na+和Cl–的离子间距为0.282nm，由于离子的振动，振幅约有0.023nm。由质点热运动而形成的缺陷有时也叫热缺陷。点缺陷线缺陷面缺陷体缺陷几何缺陷第一百二十五页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

缺陷破坏了正常的点阵结构，它对晶体的一系列物理、化学性质产生明显影响。缺陷对材料性能的影响辩证地看待材料的缺陷

晶体的缺陷是普遍存在的，晶体的缺陷往往是造成物质性质敏感变化的一个关键，对晶体的缺陷的研究往往就成了材料研究的核心内容。

一方面，人们努力减少材料里的缺陷，以此获得一些具有特殊性能的材料，如人工晶体等，其中最著名的就是单晶硅，单晶硅质量的不断提高促进了电子工业的快速发展。第一百二十六页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

另一方面，人们有意识、有目的地利用缺陷，从而制成具有不同性能的材料，以满足多种需要。例如钢铁中残留的碳，如果以片状石墨的形式存在于钢铁之中，则钢铁受力后容易断裂，根本不能做结构材料，但它有很好的减振作用，可做机床的底座。如果将片状石墨转化成球形石墨，则钢铁不仅不易断裂，反而能增加其耐磨性和机械强度，这种铸铁就是我们熟知的球墨铸铁。陶瓷材料也是含有大量缺陷的材料。第一百二十七页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

许多单晶体具有各种独特的物理性质，且能实现光、电、声、磁、热、力等不同能量形式的交互作用和转换，在现代工业和现代科学技术中广泛应用的晶体几乎全部都是人工晶体。2.人工晶体绝大多数都是无机晶体半导体晶体压电晶体铁电晶体激光晶体非线性光学晶体电光晶体等分类第一百二十八页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六三、陶瓷材料

陶瓷是陶器和瓷器的总称。今天的陶瓷材料已被看做是经过高温热处理而成的所有无机非金属材料的简称。其生产工艺可概括为：坯料制备、成型、干燥、烧成、装饰等过程。每个过程又可分为若干工序。1.陶瓷第一百二十九页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

传统陶瓷或称普通陶瓷，其产品绝大部分属于以黏土、长石、石英等无机非金属矿物为主要原料烧成的硅酸盐制品。主要用做日用器皿、建筑陶瓷、工艺陶瓷等。传统陶瓷具有良好的电绝缘性和耐化学腐蚀等特性，因此部分陶瓷还用于电力工业（低压电器）和化学工业中。陶瓷的分类、组成和应用传统陶瓷特种陶瓷陶瓷第一百三十页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

特种陶瓷或称精细陶瓷，它是以精制的高纯天然无机物或人工合成无机化合物为原料，采用精密控制的工艺进行烧结的制品。特种陶瓷按其使用性能分结构陶瓷功能陶瓷导电陶瓷超导陶瓷压电陶瓷半导体陶瓷电子陶瓷磁性陶瓷生物陶瓷等第一百三十一页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六中科院上海硅酸盐研究所陶瓷发动机，50

年代研制第一百三十二页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六中科院上海硅酸盐研究所氮化硅，碳化硅部件第一百三十三页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

一条

340m像挂面条般的、宽度和厚度分别为

3.3和

0.15mm的37芯超导带线。这根高温超导导线在液氮温度下能通过25A的电流（临界电流为25A、77K、自场）。清华大学研制高温超导导线铋系高温超导线材第一百三十四页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六淄博大华硅碳棒有限公司

等直径硅碳棒：规格从Φ12mm~Φ50mm

第一百三十五页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六江门市粉末冶金厂有限公司铁氧体软磁铁氧体永磁第一百三十六页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六四、复合材料

自然界的许多物质都是复合材料。竹子和木材是纤维素（抗拉组分）和木质素（基体，粘结作用）的复合物。动物的骨骼是由硬而脆的无机盐[主要成分是

Ca5(OH)(PO4)3]和软而韧的蛋白质骨胶复合而成的既强又韧的物质。

1.天然复合材料的启示第一百三十七页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(1)微晶玻璃

微晶玻璃的热膨胀系数很小，是用于大口径的天文望远镜和航空控制仪的基体材料，其它特殊用途光学元件也可使用，产品最大规格Φ2200×320mm。线膨胀系数较小。上海新沪玻璃厂2.常见的复合材料第一百三十八页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(2)金属陶瓷适用于各种石材、混凝土、陶瓷等切割。金刚石锯片金刚石粉钴粉烧结金刚石锯片第一百三十九页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六铁铜基粉末冶金零件

第一百四十页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(3)玻璃钢

先将玻璃纤维截断后与环氧树脂、酚醛树脂等混合均匀，再将所得的混合原料经模具挤压、涂漆即得质轻、耐磨、耐腐蚀的水泵。第一百四十一页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六小结：作业:P1135,61.范德华力的三种形式2.氢键的理解及应用3.固体的能带理论第一百四十二页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六练习：P1121.选择填空(1)元素电负性是指____，如果两元素的电负性相差足够大时（大于1.7），它们的化合物主要是以____结合的；a原子获得电子的能力b原子失去电子的能力c原子在分子中吸引电子的能力d共价键e配位键f离子键g金属键第一百四十三页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六(2)原子轨道叠加成分子轨道时，___构成成键轨道，___构成反键轨道，分子轨道为___所有，分子轨道___是化学键。a正正叠加b负负叠加c正负叠加d整个分子e电负性强的原子f就g只有填充了电子后才(3)杂化轨道是指___的轨道，杂化轨道中不能参与成键的一对电子称___。a同一个原子内能量相近的轨道叠加b与其它原子的原子轨道叠加c整个分子d孤对电子e成对电子f成键电子第一百四十四页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六祝同学们学习、生活快乐！

谢谢各位同学！第一百四十五页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六

物质结构复习、习题学习要求：原子结构部分：1.了解波函数表达的意义，理解原子轨道、电子云的意义，理解微观粒子的波粒二象性，明确核外电子运动的基本特征，明确基态、激发态含义，掌握四个量子数的符号和表述的方法。第一百四十六页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六2.了解核外电子排布和元素周期律的关系，了解合金的基本类型，了解生命体内元素在周期表中的分布情况；明确元素基本性质周期性变化的规律，掌握核外电子排布原则及方法，掌握未成对电子数的确定及未成对电子存在的意义，掌握元素的结构和元素在周期表中的位置的关系。第一百四十七页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六3.了解离子键、共价键的成键特征，了解杂化轨道理论，了解化学键、氢键、分子间力在能量和作用方面的区别和联系；明确化学键的本质，明确大Π键的结构，明确氢键的形成及本质；掌握成键轨道、反键轨道、σ键、л键以及等性杂化、不等性杂化、孤对电子等概念和含义。第一百四十八页，共一百五十九页，编辑于2023年，星期六习题一、判断对错1．n=2时，描述电子运动状态的四个量子数最多有四组。2．As、