第一章物质结构

第一章物质结构第1页，课件共82页，创作于2023年2月核电荷数（Z）=核内质子数

=核外电子数=原子序数原子量(A)=质量数

=质子数（Z）+中子数（N）原子(A)原子核电子(Z)→带负电质子(Z)→带正电中子(N)→不带电第一节原子核外电子的运动状态第2页，课件共82页，创作于2023年2月一、电子云界面图第3页，课件共82页，创作于2023年2月枣糕模型现代原子概念点粒子行星系式定态原子模型近代原子概念的演变第4页，课件共82页，创作于2023年2月1.主量子数—

n～电子层数意义：1.决定e离核平均距离的远近(概率最大的区域)，n相同的轨道构成一层。

2.决定能量的主要因素取值：n=1,2→无穷大非“0”的正整数。表示：n=123456KLMNOP一、核外电子的运动状态第5页，课件共82页，创作于2023年2月意义：决定原子轨道形状，多e原子中决定电子能量~次要因素。取值：

l=0123…n-1,共取n个整数

(从0开始，取n个，最后：n-1)表示：l=0123spdf形状：球双球花瓣2.角量子数—

l

～电子亚层注意：单电子系统中电子的能量只决定于n,例如：氢原子或类氢离子都属于单电子系统。第6页，课件共82页，创作于2023年2月●讨论：1.nl相同的e具有相同的能量，构成一个能级。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，构成不同能级) Ens＜Enp＜End……3.n不同l同的e能级高低有别，n越大En↑

如E1s＜E2s＜E3s……？n不同l也不同第7页，课件共82页，创作于2023年2月

意义：决定原子轨道在空间的伸展方向，与e-能量无关

取值：m=0,±1,±2,±3…±l

(2l+1)个整数

(从0开始，取2l+1个，最后：±l)

3.磁量子数—

m第8页，课件共82页，创作于2023年2月pd+++---+++++++++-------s原子轨道角度分布图第9页，课件共82页，创作于2023年2月

意义：表e-自旋方向，与nlm无关

(非Schrodinger方程的解)

表示：±1/2；↑↓表示。4.自旋量子数—ms第10页，课件共82页，创作于2023年2月一、电子分布及近似能级图单电子原子：原子轨道的能级高低与主量子数n有关。n相同，原子轨道的能级相同。

多电子原子：原子轨道的能级高低与主量子数n和角量子数l有关。

n相同，l越大，原子轨道的能级越高。例如，E4s<E4p<E4d<E4f

l相同，n越大，原子轨道的能级越高。例如，E2p<E3p<E4p第二节原子核外电子的排布第11页，课件共82页，创作于2023年2月能级交错现象在原子轨道近似能级图中，从第四能级组开始出现了能级交错现象，这一现象可用屏蔽效应和穿透效应来解释。比较4s和3d轨道的径向分布图：4s的最大峰比3d远4s的穿透作用较3d强4s电子能更好地回避其它电子的屏蔽，因而E4s<E3d。能级交错现象出现在：

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

第12页，课件共82页，创作于2023年2月解释鲍林能级近似图在多电子原子中，屏蔽效应和钻穿效应同时存在，共同作用的结果使得多电子原子中原子轨道的能量高低为：l相同，n越大，电子的能量越高，如E1s<E2s<E3sn相同，l越大，电子的能量越高，如E3s<E3p<E3d发生能级交错现象。第13页，课件共82页，创作于2023年2月1s鲍林近似能级图

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

2p2s

3p3s

4p

3d4s

5p

4d5s

6p

5d4f6s

7p

6d5f7s第14页，课件共82页，创作于2023年2月原子能级由低到高依次为：1s，(2s，2p)，(3s，3p)，(4s，3d，4p)，(5s，4d，5p)，(6s，4f，5d，6p)…括号表示能级组。第15页，课件共82页，创作于2023年2月二、核外电子的排布原则

基态原子核外电子排布遵循以下三条原则：能量最低原理泡利不相容原理洪德规则第16页，课件共82页，创作于2023年2月1.能量最低原理1H1s12He1s2

3Li1s22s14Be1s22s2

5B1s22s22p16C1s22s22p27N1s22s22p3电子优先占据能量较低的原子轨道。8O1s22s22p49F1s22s22p510Ne1s22s22p611Na12Mg13Al18Ar第17页，课件共82页，创作于2023年2月电子填入原子轨道的顺序第18页，课件共82页，创作于2023年2月2.泡利不相容原理或：一个原子轨道最多只能容纳两个自旋相反的电子。在一个原子中不可能有运动状态（四个量子数）完全相同的两个电子同时存在。第19页，课件共82页，创作于2023年2月3.洪德规则电子在等价轨道上排布时，总是尽可能以相同的自旋方向分占不同的轨道。7N1s22s22px12py12pz1

6C1s22s22px12py1

第20页，课件共82页，创作于2023年2月洪特规则特例在等价轨道上，电子处于全充满（p6，d10，f14）半充满（p3，d5，f7）全空（p0，d0，f0）时，原子的能量最低，结构最稳定。

Cr1s22s22p63s23p63d54s1Cu1s22s22p63s23p63d104s1

第21页，课件共82页，创作于2023年2月三、原子的电子结构与元素周期律1.原子的电子结构2.原子的电子结构与元素周期律第22页，课件共82页，创作于2023年2月电子排布式原子实

基态与激发态6C1s22s22p21s22s12p3价电子层构型轨道表示式25Mn3d54s225Mn1s22s22p63s23p63d54s2[Ar]3d54s21.原子的电子结构第23页，课件共82页，创作于2023年2月为了简便地表示多电子原子中的电子分布，通常只标明能级和该能级中的电子数目。 例：C原子和N原子的电子分布：式中的[He]表示C或N的原子实。“原子实”：指某原子的原子核及电子分布同某稀有气体原子里的电子分布相同的那部分实体。1.原子的电子结构第24页，课件共82页，创作于2023年2月价电子构型

在化学反应中参与成键的电子构型。对于主族元素，就是指最外层电子构型。对于副族元素来说，则为最外层的ns和次外层的(n-1)d电子构型；或最外层的ns，次外层的(n-1)d及倒数第三层的(n-2)f。第25页，课件共82页，创作于2023年2月19K:1s2,2s22p6,3s23p63d04s1→[Ar]4s1价电子构型：

19K:3d04s1→4s1离子电子构型：

19K+:1s2,2s22p6,3s23p6轨道式：6C:1s2,2s22p2练习：写出电子层构型20Ca21Sc22Ti24Cr29Cu第26页，课件共82页，创作于2023年2月在书写基态电子结构时应注意：(1)

元素的电子构型应按电子层数递增的顺序依次写出。例如，

21Sc电子排布顺序为1s22s22p63s23p64s23d1

电子结构为1s22s22p63s23p63d14s2(2)对核电荷数较大的原子，常常用稀有气体元素符号加中括号表示内层电子结构。内层电子结构也称为原子实。例如，

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

元素的化学性质主要与价电子层构型有关，因此常用价电子层构型表示原子的结构。例如，

19K4s121Sc3d14s250Sn5s25p26C2s22p229Cu3d104s1第27页，课件共82页，创作于2023年2月当金属原子电离成为离子时，失电子的顺序是：np，ns，(n-1)d，(n-2)f。

电子构型价电子层构型Cu[Ar]3d104s13d104s1Cu+[Ar]3d103s23p63d10Cu2+[Ar]3d93s23p63d9Fe[Ar]3d64s23d64s2Fe2+[Ar]3d63s23p63d6Fe3+[Ar]3d53s23p63d5第28页，课件共82页，创作于2023年2月例：写出元素铁的电子构型、价电子层构型，并指出铁原子中有多少个未成对电子。解：铁的原子序数Z=26，因此，电子构型:1s22s22p63s23p63d64s2

或:[Ar]3d64s2

价电子层构型:3d64s2

只有未充满的亚层上含有未成对电子。在铁原子中，3d亚层上只有6个电子，是未充满的，根据洪特规则，这6个电子在3d亚层上的排布如下，因此铁原子中有4个未成对电子。

第29页，课件共82页，创作于2023年2月2.原子的电子结构和元素周期律周期：分7个周期族：8个主族ns1~2,np1~68个副族(n-1)d1~10,ns1~2区：分5个区s,p,d,ds,f第30页，课件共82页，创作于2023年2月周期周期一二三四五六七元素数2，8，8，18，18，32，32（未完全）结构特点：由ns1（氢或碱金属）开始，以1s2或np6（稀有元素）结束；

元素周期表的七个周期对应于原子轨道近似能级图的前七个能级组；元素的化学性质具有递变规律。第31页，课件共82页，创作于2023年2月族主族包括：IA、IIA、…VIIA、0族，共8个主族结构特点：主族族数=ns+np(电子数)同族元素有相似的价电子层构型，因此同族元素具有相似的化学性质。例如11Na，电子构型为[Ne]3s1，属IA族

15P，电子构型为[Ne]3s23p3，属VA族

18Ne，电子构型为[Ne]3s23p6，属VIIIA族或0族第32页，课件共82页，创作于2023年2月副族包括：IB、IIB、…VIIB、VIII,共8个副族副族族数=(n-1)d1~10+ns1~2(电子数)(n-1)d+ns(电子)=3~7时，为IIIB－VIIB族

=8~10时，为VIII族

=10+1或10+2时，为IB、IIB族第33页，课件共82页，创作于2023年2月区元素周期表共分成5个区s区：包括IA、IIA族。p区：包括IIIA－VIIA及0族元素。d区：包括IIIB－VIIB及VIII族。ds区：包括IB和IIB族。f区：为La系、Ac系元素。第34页，课件共82页，创作于2023年2月第三节元素性质的周期性变化元素周期表(1-16族)周期数=电子层数(主量子数n，7个)族数=最外层电子数(主族，8个)=外围电子数(副族，8个)价电子构型与价电子数s区,(ns)1-2;p区,(ns)2(np)x;d区,(n-1)s1-2ndx电子排布的周期性决定了元素性质的周期性第35页，课件共82页，创作于2023年2月共价半径当两个相同的原子以共价单键相结合成单质分子时．两原子核间距离的一半叫做该原子的共价半径。金属半径在金属单质的晶体中，相邻两原子核间距离的一半称为该原子的金属半径。范德华半径当两个原子间只靠分子间的作用力即范德华力互相接近时，两原子核间距离的一半即为范德华半径。一、原子半径第36页，课件共82页，创作于2023年2月金属半径共价半径离子半径第37页，课件共82页，创作于2023年2月原子半径分类比较

共价半径

Vanderwaals半径

金属半径

定义

两原子核间距一半相邻两分子非键合原子核间距的一半相邻两原子核间距的一半

作用力共价键原子处于键合状态(相同原子，共价键)分子间力原子处于非键合状态(单质分子晶体中)

金属键原子处于键合状态大小

最小

最大次之元素

非金属稀有气体

金属第38页，课件共82页，创作于2023年2月减小增大主族原子半径第39页，课件共82页，创作于2023年2月图：原子半径第40页，课件共82页，创作于2023年2月图：原子半径半充满和全充满时，原子半径大第41页，课件共82页，创作于2023年2月二、电离能气态原子气态正离子第42页，课件共82页，创作于2023年2月增减电离能数据第43页，课件共82页，创作于2023年2月电离能：图第44页，课件共82页，创作于2023年2月电离能：图第45页，课件共82页，创作于2023年2月分子中的原子对于成键电子吸引能力相对大小的量度。三、电负性：第46页，课件共82页，创作于2023年2月增减电负性数据第47页，课件共82页，创作于2023年2月四、元素的金属性与非金属性

金属性：元素原子失去电子的能力非金属性：元素原子得到电子的能力

以电负性衡量五、氧化数主族元素副族元素第48页，课件共82页，创作于2023年2月第四节

化学键1.离子键2.共价键3.杂化轨道理论第49页，课件共82页，创作于2023年2月一、离子键第50页，课件共82页，创作于2023年2月1.离子键的形成定义：正负离子间靠静电作用形成的化学键叫做离子键。 · ·· ··

Na·+:Cl· →Na+[:Cl:]－ ·· ··第51页，课件共82页，创作于2023年2月2.离子键及其特点特点：离子键既没有方向性也没有饱和性。离子键的离子性与元素的电负性有关。NaCl晶体第52页，课件共82页，创作于2023年2月3.离子键强度与晶格能晶格能：表示相互远离的气态正离子和负离子结合成1mol离子晶体时所释放的能量，或1mol离子晶体解离成自由气态离子时所吸收的能量。如：

Ca2+

(g)+2Cl-(g)CaCl2

(s)

–H=U=2260.kJ/mol离子键强度：用晶格能表示第53页，课件共82页，创作于2023年2月二、共价键原子与原子间通过共享电子对所形成的化学键，叫做共价键。●●第54页，课件共82页，创作于2023年2月1.共价键理论共价键的本质是由于原子相互接近时轨道重叠，原子间通过共用自旋相反的电子对使能量降低而成键。电子配对法：电子配对原理能量最低原理原子轨道最大重叠原理第55页，课件共82页，创作于2023年2月2.共价键的特征共价键结合力的本质是电性。共价键的形成是由于原子轨道的重叠，两核间电子云概率密度最大。共价键的饱和性共价键的方向性。第56页，课件共82页，创作于2023年2月3.共价键的类型键(成键轨道）头碰头原子核连线为对称轴键，肩并肩穿过原子核连线有一节面第57页，课件共82页，创作于2023年2月共价键形成实例HF的生成第58页，课件共82页，创作于2023年2月N2的生成键键第59页，课件共82页，创作于2023年2月第60页，课件共82页，创作于2023年2月

极性共价键和非极性共价键

根据成键电子对在两原子核间有无偏移普通共价键和配位共价键根据共用电子对由成键原子提供的来源不同第61页，课件共82页，创作于2023年2月4.键参数键能

键能越大，键越牢固，分子越稳定键长

键长越短，键越牢固，分子越稳定键角

反映分子空间结构键的极性

成键原子的电负性差越大，键的极性越大第62页，课件共82页，创作于2023年2月三、杂化轨道理论

同一原子中，不同原子轨道的线性组合，改变原子轨道的分布方向，有利于成键，但原子轨道的数目不变第63页，课件共82页，创作于2023年2月1.杂化和杂化轨道实验测得CCl4、CH4等的立体构型为正四面体（tetrahedral）

在同一个原子中能量相近的不同类型（s,p,d,）的几个原子轨道波函数可以相互叠加而组成同等数目的能量能量完全相同的杂化轨道。第64页，课件共82页，创作于2023年2月

2.杂化轨道的主要类型

sp直线型键角180

CO2,C2H2sp2平面三角形键角120

BF3,NO3-,C6H6,C2H4sp3正四面体形键角109

28’’

CH4,H2O,NH3第65页，课件共82页，创作于2023年2月（1）sp3杂化第66页，课件共82页，创作于2023年2月

（2）sp2杂化第67页，课件共82页，创作于2023年2月（3）sp杂化激发杂化第68页，课件共82页，创作于2023年2月第五节分子的极性一、键的极性与分子的极性

1.电荷中心

2.极性分子和非极性分子HCl第69页，课件共82页，创作于2023年2月键的极性和分子极性CCl4，非极性；CHCl3,