第1章物质结构基础(10级)

大学普通化学

什么是化学？

1如何学好大学化学？

4化学包括哪些学科分支？2“大学化学”究竟学什么？3绪论大学普通化学绪论绪论

大学普通化学绪论

大学普通化学绪论大学普通化学绪论大学普通化学什么是化学？

1

化学是在原子和分子水平上研究和阐述物质的组成、结构、性质和变化规律及其变化过程中能量关系的自然科学。研究的对象：包括原子、分子、生物大分子、超分子和物质凝聚态等多个层次。化学的发展：经历了新元素的发现、各种化合物的研究、元素周期律的发现、合成新分子等过程。21世纪的化学在与物理学、生命科学、材料科学、环境科学、信息科学、能源科学、海洋科学及空间科学等的相互交叉、渗透、促进中得到了更大发展。化学冶金食品纺织、印染物理数学石油化工制药电子医学生物学环境科学法学鉴定化学、农药材料科学日用化学地质学绪论大学普通化学绪论大学普通化学徐光宪院士北京大学徐光宪教授说：我的专业是化学，从学化学、教化学到研究化学也有几十年了，但现在我却有点搞不清化学的定义了。科学的发展太快了，需要这门科学重新定位。绪论大学普通化学化学与其它科学的联系及其分支一览化学+物理物理化学化学物理力学——化学动力学、化学热力学光学——光化学、激光化学、感光化学

电学——电化学热学——热化学磁学——磁化学量子——量子化学辐射——辐射化学绪论化学与其它科学的联系及其分支一览（续）化学+生物——生物化学植物化学动物化学微生物化学水生化学脑化学血液化学神经化学大学普通化学化学+天文——天体化学数学——化学拓扑学气象——大气化学煤炭——煤炭化学地质——地球化学环境——环境化学医学——临床化学染料——染料化学药物——药物化学农业——农业化学、肥料化学、杀虫剂化学、土壤化学林业——林业化学绪论大学普通化学化学+军事——化学武器、炸药化学工业——工业化学、化学工程机械——化工机械、化学仪器、化工仪表计算机——计算机化学、化学信息检索、数据处理语言——化合物命名、新元素/化合物名字的创造化学+历史——化学史哲学——化学哲学法律——法医化学、毒物分析外语——化学翻译绪论大学普通化学研究无机物的组成、结构、性质、制备及其相关理论和应用的学科。研究有机物的组成、结构、性质、合成方法及其相关理论和应用的学科。研究物质的化学组成和化学结构的分析方法及其理论的学科。研究各物质系统化学行为的原理、规律和方法的学科。无机化学

有机化学分析化学物理化学

大学化学绪论大学普通化学化学包括哪些学科分支？2元素化学配位化学同位素化学无机固体化学无机合成化学无机分离化学物理无机化学生物无机化学……元素有机化学理论有机化学有机固体化学有机合成化学有机分离化学物理有机化学生物有机化学高分子化学……定性分析定量分析电化学分析光谱分析波谱分析质谱分析热谱分析色谱分析光度分析……化学热力学化学动力学结构化学量子化学胶体化学催化化学热化学光化学电化学磁化学晶体化学高能化学计算化学……

大学化学集各化学分支于一体，简明反映了化学各分支学科的一般原理、规律和方法。特点是使学习者了解化学科学的概貌，学会用化学的观点和方法去观察、认识、分析和解决问题。绪论大学普通化学“大学化学”究竟学什么？3绪论大学普通化学原子结构分子结构晶体结构第一章物质结构基础微观视野大学普通化学宏观角度热力学动力学第二章化学反应中的能量关系第二章化学反应的方向和程度第二章化学反应速率第四章溶液中的氧还反应——电化学原理第三章溶液绪论大学普通化学学习要求：认真听课、记录笔记、完成作业、阅读教材、全面复习、考试合格。

如何学好大学化学？

4我国著名科学家戴安邦教授指出：化学教育既要传授化学知识与技能，更要训练科学方法和思维，还要培养科学精神和品德。戴安邦（1901.04~1999.04）无机化学家、化学教育家。是我国配位化学的奠基人之一。

1.掌握大学化学的基本知识，扩展知识面。学习目的：

2.学习化学科学的分析问题和解决问题的观点、方法，提高综合素质。绪论大学普通化学《大学化学》考试与评价

小论文+演讲+习题讲解由4~6人组成一组，共同完成两项工作：闭卷笔试60%小论文+演讲+习题讲解30%平时作业10%考试成绩（平时成绩共占40%，平均约为31分，应呈正态分布。）绪论大学普通化学题目要求：用所学大学化学的相关理论、原理和方法阐述你所关心和感兴趣的生产和生活中的实际问题(解释、说明或介绍等)。（可参看教材第5、6、7章和各章节的小字内容，也可自查资料扩展内容。）

1.小论文：题目自拟,内容量按WordB5纸2页(正文5号字)并打印，期末考试前上交(10分)。

2.演讲：将小论文制作成约6~10页ppt

文稿,用于演讲发表(15分)。【注】Word版和ppt版在内容的量和编排上可有不同。一、小论文+演讲（25分）绪论大学普通化学演讲方式：每组由4~6人按所准备的内容依次接力各讲几分钟，合计每组10分钟(内容的量要组织好，不得超时）。评分方法：满分25分，其中论文10分，成绩由教员评价(平均分约7分)；演讲15分，由每组推举评委一名，对各组演讲进行打分。计算分数时，去掉两个最高分，去掉两个最低分，其它取平均值为最后得分。（平均分控制在约12分）绪论大学普通化学

二、习题讲解（5分）对课后习题中同学们普遍存在的疑难问题进行讲解，时间约5分钟。

1.由课代表组织抽签决定各组上讲台做演讲和讲解习题的顺序。

2.演讲在平时课堂空余时间或学期后期专门安排时间进行。

3.抽签结果、各组成员、评委和演讲成绩由课代表列表记录备案。【说明】

第1章物质结构基础宏观的认识、掌握物质变化的规律；微观的了解物质变化的根本原因。认识规律物质结构物质性质第1章物质结构基础

原子结构分子结构晶体结构第1章物质结构基础物质结构基本内容☻原子结构（原子内）☻分子结构（原子间）☻分子结构（分子间）☻晶体结构分子间作用力--范德华力；氢键

晶体结构离子晶体；原子晶体；分子晶体；金属晶体；混合型晶体微观粒子的波粒二象性；波函数(原子轨道)；表示电子运动状态的四个量子数n,l,m,ms;用量子力学描述核外电子的运动规律；核外电子分布的基本原则;元素周期律

化学键•共价键：▲价键理论；▲杂化轨道理论；▲分子轨道理论；▲价电子对互斥理论等•离子键•金属键结论：（1）电子在原子中的活动空间很大。（2）原子核的密度是巨大的，约为1014g·cm-3。第1章物质结构基础1.1原子结构

1.1原子结构人类对原子结构的认识经历了漫长的过程：

原子(d≈10-10m)

电子

(d≈10-15m)质量

me=9.109×10-31kg原子核(d≈10-16~10-14m)质子（1836me）中子（1839me）运动速度=1.0×106m·s-1·【提问】关于原子结构你了解多少？16世纪的化学实验室

夸克夸克19世纪末，证实：原子可分为带正电荷粒子带负电荷粒子1.1原子结构氢气(H2)放入放电管通以高压电流，氢原子(H)

被激发而发光，用棱镜分光所得的线状光谱即为氢光谱(按λ依次排列的不连续的线条)。第1章物质结构基础(1)原子由居于中心的带正电的原子核和核外带负电的电子组成。(2)电子以不同的轨道围绕原子核旋转。1911年,卢瑟福提出在当时得到普遍的承认，但无法解释氢光谱。Ernest.Rutherford(1871～1937)卢瑟福原子结构模型

1.1原子结构第1章物质结构基础656.3486.1434.1410.2

氢原子在可见光区的线状谱线名称放电管高压电电弧

氢气

狭缝

棱镜

检测器（照相底片）

Niels

HenrikDavidBohr(1885-1962)由于对原子结构理论的重大贡献，获得诺贝尔物理学奖(1922年)1913年,玻尔根据普朗克的“量子论”和爱因斯坦的“光子学说”认为：电子在核外的能量是不连续的。1.1原子结构第1章物质结构基础玻尔和爱因斯坦Albert.Einstein(1879~1955)Max.Karl.Ernst.Ludwig.Planck(1858~1947)(1)电子绕核沿固定轨道运动,电子有确定的能量,同时不辐射能量。(2)离核近的轨道能量低，离核远的轨道能量高。电子在能量不同的轨道之间可以跃迁：e跃迁

轨道1轨道2跃迁时有能量吸收或放出，且能量是不连续的(能量量子化)。

玻尔理论的要点：贡献：成功解释了氢原子光谱。

(2)不能说明多电子原子的光谱和氢原子光谱的精细结构。局限：(1)把电子简单地理解为经典粒子(像宏观物体低速运动)。1.1原子结构第1章物质结构基础第1章物质结构基础•有固定的轨道•可同时准确确定位置和速度•可预测运动轨迹运用量子力学解释

用经典力学研究运动规律1.1原子结构测不准不能同时准确的确定位置和速度WernerKarlHeisenberg(1901-1976)玻尔和海森伯、泡利在一起研究微观粒子运动规律宏观物体

微观粒子运动状态对比第1章物质结构基础1.1原子结构是指光能发生衍射和干涉等现象,有波的特征,可用波长或频率来描述。

是指光的性质可以用动量来描述,光在发射或吸收时与实物有能量交换,最小能量单位是——光子概念。1.1.1氢原子结构

1905年，爱因斯坦提出光子学说，认为光具有：波动性粒子性Albert.Einstein(1879~1955)电子等微观粒子的波粒二象性

1924年，德布罗意提出物质波的概念，设想电子等微粒也具有波粒二象性。1.1原子结构第1章物质结构基础LouisVictordeBroglie(1892-1987)France1929年诺贝尔物理学奖获得者波动力学的创始人物质波理论的创立者量子力学的奠基人之一

1927年，德布罗意的设想被电子衍射实验所证实,以后又证实了任何微粒均具有波粒二象性。粒子特征：质量、速度波动特征：波长通过联系起来，得出德布罗意关系式：他将表现金属箔电子射线发生器A电子衍射实验示意图底片粒子性感光斑点衍射环纹波动性1.1原子结构[如何理解]质量，速度。如何描述电子的波动性？是电子无数次行为的统计结果,粒子性：波动性：电子的需要用统计规律来解释和理解，即通过电子在核外空间出现的机会多少——概率来体现。第1章物质结构基础电子等物质波是具有统计性的概率波

1.1原子结构第1章物质结构基础(P.

2)

——描述微观粒子(电子等)运动规律的基本方程。(二阶偏微分方程)ErwinSchrödinger(1887-1961)奥地利物理学家诺贝尔物理学奖(1933年)薛定谔方程ψ

ψ

ψ

ψ

式中——波函数

m——电子的质量

E——电子的总能量

V——电子的势能ψ

x,y,z——空间坐标1.1原子结构第1章物质结构基础(2)通过求解薛定谔方程可得到波函数。

(3)

本身缺乏明确的物理意义，而则表示电子在核外空间某处附近单位微体积内出现的概率(即概率密度)。

(1)波函数是描述核外电子在三维空间中运动状态的数学函数，习惯上称为原子轨道。[注意]

此处“原子轨道”与宏观物体的运动轨道概念不同，是指电子在原子核外运动的某个空间范围，即波函数的空间图像。1.四个量子数

量子数——由量子力学数学解中得到的成套的整数。薛定谔方程1.1原子结构电子在核外的运动状态(波动特征)

描述

求解

波函数()表达式(原子轨道)

第1章物质结构基础主量子数角量子数磁量子数引入

(合理组合)(1)主量子数n1.1原子结构意义:

①决定核外电子出现概率最大区域离核的远近；②代表电子和原子轨道的主要能量。

符号:K

L

M

N

O

P

Q

等(电子层或能层)

取值

n=1,2,3,4,5,6,7等(除0外)

n越大,轨道能量(电子能量)越高,电子出现概率最大的区域离核的平均距离越远。

n相同的原子轨道归并为同一电子层。第1章物质结构基础1.1原子结构意义:①决定电子绕核运动的轨道角动量。

③表示原子轨道的形状。(2)角量子数l

取值

符号:s

pdfgh等

(电子亚层)

,共n个值。②表示电子层中又分为若干个电子亚层(也称能级)。多电子原子中，电子的能量取决于n、l

，在n值相同时，l值越大，轨道能级越高，其电子能量越高。双球形球形复杂形复杂形……第1章物质结构基础(3)磁量子数m取值:

m可取从－l

到+l

所有整数(含零)，即:

,共(

2l

+

1

)个值。意义：①决定在外磁场作用下，电子绕核运动的轨道角动量在磁场方向上的分量。

1.1原子结构n、l、m与原子轨道的关系（教材p.3

表1-2）②基本上反映波函数(原子轨道)在空间的不同取向，共(2l+1)种取向，亦即轨道数目。第1章物质结构基础1.1原子结构三个量子数波函数，即原子轨道决定描述电子绕核运动的波动状态

如：

（合理组合）第1章物质结构基础该1s电子能量最低，运动区域离核很近。指电子的运动(绕核)状态由n=1,l=0,m=0来描述；该电子处于第一(n=1)电子层(也称能层)；该电子处于1s轨道上，空间有一种取向(m=0)

；该电子在s亚层(l=0)上，运动区域为球形；基态氢原子（4）自旋量子数ms意义:

表示电子所谓的自身旋转状态。是为了使原子的性质与实验更好的一致，描述更为完整而人为提出的量子数。电子自旋状态相同——自旋平行，用“”或“”表示;不同——自旋反平行，用“”表示。

1.1原子结构2.氢原子的波函数

（自学了解）取值:

，常用“”和“”表示。第1章物质结构基础1.1原子结构3.波函数(原子轨道)的角度分布图(Y)将随角度的变化作图——原子轨道角度分布图。

[图1-3]（P.5）第1章物质结构基础角度部分与l、m

有关,只随角度、而变化。径向部分与n、l有关，只随

距离

而变化；波函数直角坐标球坐标原子轨道（波函数）角度分布图[图1-3]（P.5）

1.1原子结构第1章物质结构基础++s轨道

(

l=0,m=0)

m一种取值,空间一种取向,一条s轨道。1.1原子结构第1章物质结构基础原子轨道角度分布图porbitalp轨道

(

l=1,m=+1,0,-1)m三种取值,三种取向,三条等价p轨道.1.1原子结构第1章物质结构基础1.1原子结构第1章物质结构基础pxOrbitalpzOrbital

l=1(p轨道)d

轨道

(

l=2,m=+2,+1,0,-1,-2)

m五种取值,空间五种取向,五条等价d

轨道。1.1原子结构第1章物质结构基础yyzdorbital1.1原子结构第1章物质结构基础d

轨道

(

l=2,m=+2,+1,0,-1,-2)

m五种取值,空间五种取向,五条等价d

轨道。dorbitaldz2

dxy,dyz,dxz.

1.1原子结构第1章物质结构基础

l=2(d轨道)dxyOrbital1.1原子结构第1章物质结构基础

f

轨道

(l=3,m=+3,+2,+1,0,-1,-2,-3)

m七种取值,空间七种取向,七条等价

f轨道。l=g,m=0.l=g,m=1.l=g,m=2.1.1原子结构第1章物质结构基础

g

轨道

(l=4,m=+4,+3,+2,+1,0,-1,-2,-3,-4)

m九种取值,空间九种取向,九条等价

g轨道。②原子轨道的形状意味着电子出现概率大的空间区域。

[明确]

①原子轨道有一定的形状，而且是立体的，有正、负号之分(符号相同，对称性相同)。1.1原子结构形状

球形双球形复杂形(+,－)(+,－)由l

决定(+)【归纳】

原子轨道的特征由n,l

决定能量

(n相同时)低

高

n越大，能量越高；取向

1种3种5种7种(x,y,z)(xy,yz,xz

x2-y2,z2)由m

决定(略)(轨道数)第1章物质结构基础1.1原子结构(1)电子具有能量量子化、波粒二象性、统计性特征。(2)原子体系中的每个波函数对应一个原子轨道。【综述】

(3)原子轨道的特征(能量、形状、取向)由三个量子数决定，或者说三个量子数决定了电子在核外的轨道运动状态。电子运动区域离核的平均距离。轨道能级(电子能量)的高低(主要)；(4)

主量子数n决定第1章物质结构基础1.1原子结构自旋量子数ms

决定电子本身的自旋运动磁量子数m

决定轨道的空间伸展方向，即

空间取向影响多电子原子的能量；

角量子数l

决定轨道的形状l=0，s轨道，球形；l=1，p轨道，双球形；l=2，d轨道，复杂形；l=3，f轨道，复杂形。第1章物质结构基础1.1原子结构n

决定单电子原子中轨道的能级(电子的能量)。

n,

l

决定多电子原子中轨道的能级(电子的能量)。

n,

l,m,ms决定电子的核外运动状态。

(轨道运动+自旋运动)

n,

l,m

决定原子轨道(),

即电子绕核运动的状态。

(轨道运动)

【换言之】第1章物质结构基础波动性1.1原子结构4.电子云与概率密度如何使ψ能与可以观察的物理量联系起来？

电子出现的概率密度如何展现？电子云：用小黑点的疏密表示电子概率分布的图形。(P.6图1-4)第1章物质结构基础德国物理学家玻恩(Born)用类比的方法得出：核外空间某处电子波的波函数平方()与该处电子出现的概率密度(ρ)成正比。MaxBorn(1882～1970)1954年度诺贝尔物理学奖1.1原子结构①电子云(图形)是一种形象的说法，符合电子行为的统计性。②图中小黑点不是电子的数目，只表示一个电子在某一瞬间可能出现在这个位置，用黑点的疏密对电子出现的概率密度做形象化的描述。【注意】第1章物质结构基础1.1原子结构第1章物质结构基础3p

2p

3s

1s

2s

3dxy(xz,yz)

1.1原子结构表示电子在空间不同角度所出现的概率大小。电子云角度分布图(P.6图1-5)第1章物质结构基础原子轨道角度分布图++1.1原子结构第1章物质结构基础d轨道Y2dyz

Y2dxy

Y2dzx

d电子云

Y

Y

Y

Y

Y

除氢原子以外，所有原子核外都有一个以上的电子，这些原子统称为多电子原子。1.1原子结构1.核外电子的分布原子核外电子究竟怎样分布呢？

1.1.2多电子原子结构在多电子原子中，电子不仅受原子核的吸引，而且还存在着电子之间的相互排斥；作用于电子上的核电荷以及原子轨道的能级远比氢原子中的要复杂。第1章物质结构基础1.1原子结构多电子原子的轨道能级取决于n、l①当l相同时，n

越大，轨道能级越高；如：1s<2s<3s，2p<3p<4p；②当n相同时，l

越大，轨道能级越高；如：ns<np<nd<nf

；③当n、l都相同时，属于同一能级,各轨道能量相同→等价轨道；如：2px,2py，2pz

；④当n、l都不相同时，“有时”会出现“反常”现象→能级交错；如：4s<3d；5s<4d；6s<4f<5d<6p。第1章物质结构基础原则:(3)

洪特规则(2)

能量最低原理(1)

泡利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。1.1原子结构同一个轨道(n,l,m

相同)中最多容纳两个自旋相反(ms不同)的电子。原子核外电子分布的根据:光谱数据第1章物质结构基础(1)泡利(Pauli)不相容原理Wolfgamg

EPauli(1900—1958）奥地利,1945年诺贝尔物理学奖原理说明

(1)

同一原子中的各个电子的运动状态是不相同的。(2)

每一电子层中电子的最大容量为2n2

个。[解决的问题]

核外各电子层、各亚层、各轨道最多可能容纳的电子数。[注意]

“最多可能容纳”并非“一定容纳”。1.1原子结构第1章物质结构基础(2)

能量最低原理核外电子分布将尽可能优先占据能级较低的轨道，以使系统能量处于最低。[注意]能量最低原理以不违背泡利不相容原理为前提，能量越低越稳定。1.1原子结构第1章物质结构基础LunisPauling(1901~1995)1954年度的诺贝尔化学奖1962年的诺贝尔和平奖鲍林的原子轨道近似能级图鲍林(Pauling)的近似能级顺序：（图1-6P.8）1.1原子结构

1s；

2s,2p；

3s,3p；

4s,3d,4p；

5s,4d,5p；

6s,4f,5d,6p；

7s,5f,6d,(7p)；

①该“顺序”是电子在各能级中的一般填充顺序。②每一个亚层是一个能级,各能级的能量不同，同一能级的各轨道能量是相同的，常称为等价轨道。如:

3p中的三个等价轨道:3px,3py,3pz。[说明]

③注意能级交错。第1章物质结构基础1.1原子结构④

用“;”隔开的是若干能级组，相邻能级组之间的能量差较大,而每一能级组内各能级的能量差较小。(能级组的划分是元素周期系划分周期的依据)1s11s2第1能级组2s1~22p1~6第2能级组3s1~23p1~6第3能级组4s1~23d1~104p1~6第4能级组5s1~24d1~105p1~6第5能级组6s1~24f1~145d1~106p1~6第6能级组7s1~25f1~146d1~107p1~6第7能级组

1s；

2s,2p；

3s,3p；

4s,3d,4p；

5s,4d,5p；

6s,4f,5d,6p；

7s,5f,6d,(7p)；第1章物质结构基础1.1原子结构第1章物质结构基础鲍林的原子轨道近似能级图

1.1原子结构[解决的问题]

与

n

,l

有关的能级顺序，即不同主量子数n和不同角量子数l的电子在各能级中的填充顺序。[新问题]

n,l相同的同一能级(同一电子亚层)

的各轨道电子是如何分布的?⑤电子在填充时一般按近似能级顺序，而在书写核外电子分布式时，则按主量子数n从小到大的顺序写，相同n

的各能级按l值由小到大依次写在一起。第1章物质结构基础1.1原子结构(3)洪特(hund)规则主量子数n和角量子数l都相同的轨道(3种p轨道、5种d轨道、7种f轨道)中的电子，总是尽先占据磁量子数m不同的轨道，而且自旋量子数ms

相同。（P.8）能量相同(n,l

相同)的等价轨道中，电子尽可能分占(m不同)各个轨道，而且自旋平行(

ms

相同)。[解释]电子进入同一个轨道时，需要克服电子成对能，因此当电子分占各个轨道时更有利于系统能量最低。第1章物质结构基础FriedrichHund

（1896.2~1997.3）如:碳原子6C：电子分布式三个2p轨道上的2个电子的分布应为:而不是或写成:[说明]

实验证实碳为顺磁性物质(含有单电子)。

置于磁场中能被磁场所吸引的物质1s22s22p21.1原子结构第1章物质结构基础，五个3d轨道上的5个电子的分布应为：而不是或写成：又如：锰原子25Mn：电子分布式为1s22s22p63s23p63d54s21.1原子结构第1章物质结构基础1.1原子结构当n、l相同的等价轨道上处于全充满(如p6,d10,f14)、半充满(如p3,d5,f7

)或全空(p0,d0,f0)状态时，原子比较稳定。如：电子分布式：电子分布式：洪特规则特例：×√

×√

第1章物质结构基础1.1原子结构化学反应中，通常只涉及距核较远的外层(外围)电子(价电子)的改变，所以一般只需写出外层(外围)电子分布式，也称外层(外围)电子构型。外层电子构型铬原子24Cr：电子分布式[注]过渡元素的外围电子还包括能参加反应的次外层

(n-1)d

电子，甚至倒数第三层的(n-2)f

电子。如:碳原子6C：电子分布式外层电子构型第1章物质结构基础1.1原子结构2.屏蔽效应和有效核电荷数

斯莱特指出：多电子原子系统中，其它电子对某一个电子的排斥作用相当于削弱了原子核对该电子的吸引，使核电荷数减少。

屏蔽效应

——多电子原子中其它电子削弱(抵消)一部分核电荷对指定电子的作用。示意图：

核

内层电子外层电子强屏蔽弱屏蔽(可忽略)第1章物质结构基础1.1原子结构考虑屏蔽效应等作用后，电子实际受到吸引作用的核电荷数称为有效核电荷数Z*

。有效核电荷数=核电荷数-其余电子屏蔽常数的总和

屏蔽常数(σ)：表示核电荷数减少程度的经验常数,反映了屏蔽效应的强弱。原子核外电子分组顺序：

(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)(5d)

···（内层）（外层）第1章物质结构基础[斯莱特经验规则]

1.1原子结构

(1)被屏蔽电子右侧各组中的电子对此电子无屏蔽作用，即

(3)被屏蔽电子为(nd)或(nf)组中电子，同组其它各电子的左侧各组中各电子的。屏蔽常数σ的取值(P.7)

(2)被屏蔽电子为(ns,np)

组中电子，同组其它各电子的(n-1)层各电子的

(n-2)以及更内层的各电子的

。[斯莱特经验规则]

(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)(5d)

···第1章物质结构基础1.1原子结构根据

()()()

1.作用在17Cl、26Fe原子最外层任一电子上的有效核电荷是多少？[补充例题][例题1-1](P.7~8)第1章物质结构基础1.1原子结构

2.试计算作用在29Cu原子核外3d上某个电子的有效核电荷数。

根据()()()()()()()()()()第1章物质结构基础3.作用于钠原子各电子的有效核电荷数：第一层某个电子上的第二层某个电子上的第三层电子上的11Na原子核外电子排布式为1s22s22p63s1，1.1原子结构()()()第1章物质结构基础1.1原子结构1.原子的电子层结构和元素周期表(3)呈周期性变化1.1.3元素周期律第1章物质结构基础元素周期表元素周期律总结出

D.I.Mendeleyev（1834—1907）(2)有规律，遵循“两原理一规则”核外电子分布(1)以实验光谱数据为根据1.1原子结构周期数=核外电子层数(最大

n

值)主族及Ⅰ、Ⅱ副族数=最外层电子数

Ⅲ~Ⅶ副族数=最外层s电子数+次外层d电子数第1章物质结构基础Ⅷ族:ns层+(n-1)d层电子数为8~10；

0族:最外层电子数为8或2(n=1)

；

特殊La

系、Ac系:情况复杂。1.1原子结构副族、Ⅷ族:最外层s电子+次外层d电子主族、零族:最外层电子※镧系、锕系:最外层s电子+次外层d电子+倒数第三层f电子【重点注意】

各族元素原子外围电子构型

明显影响元素性质的电子排布

表1-4各周期元素与相应能级组的关系（P.9）第1章物质结构基础周期表的分区(图1-7P.10)1.1原子结构第1章物质结构基础s区[ns1~2]d区[(n-1)d1~8ns1~2]

f区

f区

[(n-2)f1~14(n-1)d0~1ns1~2]p区[ns2np1~6]ds区[(n-1)d10ns1~2]2.元素性质的周期性在周期表中，元素原子的电子层结构的周期性变化，决定了元素性质的变化呈现周期性。（1）原子半径(r)

指物质中两原子核间距离的一半。元素的性质原子半径（r）电离能（I）电子亲和能（A）电负性（X）1.1原子结构第1章物质结构基础共价半径：金属半径:范德华半径:金属晶体中相邻两相同原子核间距的一半。金属半径r形成共价单键的两相同原子核间距的一半。共价半径r分子晶体中两相邻且最接近的非键合相同原子核间距的一半。范德华半径r1.1原子结构第1章物质结构基础原子半径的递变规律(周期性变化)：表1-5(P.11)1.1原子结构第1章物质结构基础ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA0ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB主族元素原子半径的递变规律(周期性变化)：1.1原子结构第1章物质结构基础ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA01.1原子结构第1章物质结构基础主族元素

解释：解释：同周期:

左右原子半径逐渐减小。同族:

上下原子半径逐渐增大。ⅠAⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA0ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧⅠBⅡB1.1原子结构第1章物质结构基础原子半径的递变规律(周期性变化)

解释：源于镧系收缩现象（略）副族元素

同周期:

左右原子半径缓慢减小。解释：同族:上下原子半径略微增大，且5、6

周期镧以后同族上下两元素几乎相等。电子递增在次外层(n-1)d，屏蔽效应强，有效核电荷增加少，半径减小缓慢。

1.1原子结构第1章物质结构基础（2）电离能(I)第一电离能规律：同一元素I1<I2<···第二电离能……使基态气态原子或离子失去电子所需吸收的能量（kJ·mol-1）。1.1原子结构第1章物质结构基础(1)反映了原子失去电子的难易程度——金属性。I

越小，越易失电子，金属性越强；相反，金属性越弱。(2)说明元素通常所呈价态数(+),如：电离能I

的意义钠呈+1价

(约9倍)镁呈+2价(约5倍)铝呈+3价

(约5倍)1.1原子结构第1章物质结构基础1.1原子结构第一电离能I1的周期性变化（表1-6P.12）同周期

:左右I1趋于增大;主族：上→下I1减小。同族

副族和Ⅷ族

:上→下I1减小，但规律性较差。原子半径有效核电荷电子层数综合的结果...[注意]

以上仅为一般规律，有特殊情况存在，见表1-6(P.12)及下图。第1章物质结构基础1.1原子结构01020304050607080901002500200015001000500第一电离能I1（kJ·mol-1）原子序数ZHHeLiBeBONCFNeNaMgAlSPSiClArKCaZnGaGeBrKrRb

InIXe

Cd

Cs第1章物质结构基础(1)表示原子得电子的难易程度——非金属性。

A1

越大,越易得电子，非金属性越强；相反，非金属性越弱。电子亲和能

A的意义(2)说明元素通常所呈价态。[指出]

A值较难确定，可见的数据很少。基态的气态原子或离子得到电子所释放或吸收的能量(kJ·mol-1)。第一电子亲和能……第二电子亲和能（3）电子亲和能(A

)1.1原子结构第1章物质结构基础1.1原子结构电负性是原子在分子中吸引电子能力的量度。X越大，元素非金属性越强；X

的意义：综合衡量元素金属性、非金属性的强弱。X

越小，元素金属性越强。

（4）电负性(X

)(鲍林1932年引入电负性的概念)[说明]:

电负性值是一个相对数值，指定氟(F)的X=4.0。电负性数值列于表1-8(P.13)，也呈周期性变化。

第1章物质结构基础LunisPauling(1901~1995)1954年度的诺贝尔化学奖1962年的诺贝尔和平奖1.1原子结构(2)判断化合物中元素的化合价符号。(1)划分元素的金属性与非金属性。电负性X

的应用

(3)判断化合物中化学键的类型。(一般规则）

经验界限X

≈

2

（一般规则）第1章物质结构基础

1.2化学键与分子结构(3)无限多个相同原子紧密结合的体系:金刚石、晶体硅、石墨、金属等(2)少数几个相同原子组成的分子体系:(2)无限多的不同原子或离子形成的体系：(1)有限多的不同原子形成的分子体系：元素的存在形态单质化合物(1)单原子体系：稀有气体（极少）结合力？原子或离子的总趋势→

结合

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础化学键——分子或晶体中相邻原子或离子之间的强烈的相互作用。3.金属键：金属原子、金属离子间形成的化学键。1.共价键：原子间通过共用电子对形成的化学键。2.离子键：正、负离子间靠库仑引力形成的化学键。存在于离子晶体中存在于分子晶体或其它晶体中存在于金属晶体中共价键理论(1)价键理论(2)杂化轨道理论(3)分子轨道理论(4)价层电子对互斥理论

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础1.价键理论各提供自旋相反的未成对电子配对成键。1.2.1共价键的价键理论原子轨道以波函数同号沿重叠最多的方向进行重叠成键。配对原理：最大重叠原理：

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础（1）共价键的本质和特征海特勒WalterHeitler

（1904~1981）伦敦FritzLondon（1900~1954）要点具有单电子的两个原子接近时:本质有效重叠后,两核间电子云密度增大

两核对核间电子云的吸引增强，核间排斥降低致使

系统能量降低稳定成键结果

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础当两个自旋方向相同的氢原子相互靠近时,电子云分布在核间的密度减小,体系能量增高,不可能形成稳定的H2分子。当两个自旋方向相反的氢原子相互靠近时,电子云分布在核间的密度增大,体系能量降低,说明两个氢原子之间存在强烈相互作用,即它们之间形成了稳定的共价键.H2形成过程能量随核间距的变化图在R0=74pm处,达到最低(-435kJ/mol)值.

排斥态基态原子所能提供单电子数=共价单键数目原子轨道的重叠必须沿重叠最多的方向进行，这样才能形成牢固的共价键。特征饱和性:方向性:

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础共价键形成方向++_非共价键形成方向++_非共价键形成方向++_++_非共价键形成方向饱和性决定了物质的组成比，如：H2O2:1

方向性决定了物质的几何构型，如：V字型OHH[说明]价键理论认为：共用电子对定域于成键的两原子之间。键极性的产生，源于成键原子对共用电子对（重叠电子云）吸引力的大小，通常可用电负性差（

）衡量。（2）共价键极性电子云密集区位于原子核间中心区域——

非极性键(一般由同种元素的原子形成)电子云密集区偏向电负性大的原子——(一般由不同种元素的原子形成)极性键

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础σ键(同号“头碰头”重叠)：重叠程度大,稳定,可转动；

1.2化学键与分子结构s

+s

+第1章物质结构基础p

+-s

+

σp-s

的波函数图形σs-s

的波函数图形px

+-px

+-σp-p

的波函数图形

①

键和键(按轨道重叠方式分类)

（3）共价键类型π键(同号“肩并肩”重叠):重叠程度小,易断,不可转动。py(z)

+-py(z)

+-

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础

π键的波函数图形Py-Py或Pz-Pz[注意]轨道异号进行重叠，因能量升高无法成键。②单键和重键(按共用电子对数目分类)

单键：一对电子(键)，如重键双键：两对电子()，如三键：三对电子()，如

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础氮分子N2中三键示意图

+

键能:键断开所吸收的能量(kJ·mol-1)。

键长:成键两原子核间的平均距离(pm)。键角:相邻两键之间的夹角(°)。

键离解能(D)：在298.15K，100kPa下，断开气态物质中1mol

化学键所吸收的能量(kJ·mol-1)。如：键的强弱牢固程度分子的空间结构（4）共价键参数双原子分子：键离解能=键能如:

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础多原子分子：键离解能的平均值=键能如CH4中:表1-12（P.18）列出一些共价键的键能和键长化学反应过程实质上是反应物旧化学键的断裂和生成物新化学键的形成。[例题1-2]（P18）如H2O中:

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础利用键能数据，可估算一些反应的热效应。2.杂化轨道理论与分子的空间结构共价型分子中各原子在空间排列构成的几何形状，叫做分子的空间构型。多原子分子的空间构型较复杂，单纯用价键理论不能做出很好的解释。

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础为了从理论上说明各种分子的不同的空间构型，1931年鲍林等以价键理论为基础，提出了共价键的杂化轨道理论。LunisPauling(1901~1995)1954年度的诺贝尔化学奖1962年的诺贝尔和平奖进行杂化的原子

成键时,由于原子间的相互影响，中心原子中几个能量相近的原子轨道(波函数)“混合”起来，组成成键能力更强的新的轨道，这种轨道进行组合的过程叫做原子轨道的杂化，所得新轨道称为杂化轨道。

要点一③轨道形状和取向改变。①电子激发——跃迁；②能量重新分配；

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础杂化轨道理论的三个要点：参与杂化的原子轨道数

杂化轨道数

杂化轨道的特点：◎为原子间形成共价键提供最大可重叠区域；◎可改变原子轨道的伸展方向。要点二

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础

杂化轨道与其它轨道（杂化的或未杂化的）重叠时形成σ键，重叠程度大，键更牢固。要点三原子轨道杂化后，形成具有一定能量、一定组成成分、一定形状(一头大一头小)及一定空间取向(构型)的杂化轨道。——中心原子的各杂化轨道等能量、等成分。等性杂化杂化轨道的类型：形状相同(一头大,一头小)能量相等成分相同(各占和)相互呈直线形分布(夹角180º)如:sp杂化：1个ns轨道+1个np

轨道杂化

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础2个sp

杂化轨道

180°

形状相同(一头大,一头小)能量相等呈平面正三角形分布(夹角120º

)成分相同(各占和)sp2杂化:1个ns轨道+2个np

轨道杂化形状相同(一头大,一头小)能量相等呈正四面体形分布(夹角109º28')成分相同(各占和)sp3杂化：

1个ns轨道+3个np轨道杂化

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础4个sp3杂化轨道++++---120°

3个sp2杂化轨道[实例说明]中心原子4Be:1s22s2，sp杂化2s2pBe基态2s2pe

跃迁Be激发态

1）BeCl2:直线形Cl–Be–Cl

，键角180º。180º

1.2化学键与分子结构2pspsp杂化Be杂化态直线形++--Be3p+-

Cl

+-3pCl

第1章物质结构基础++++-

-

-

-

BeCl2

sp杂化，直线形BeCl2分子

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础中心原子5B:

1s22s22p1

，sp2杂化2s2pB基态e

跃迁2s2pB激发态

2）BF3:平面三角形，键角120º。BFFF120ºF2p-+F2p+-F2p+-

1.2化学键与分子结构sp2杂化2psp2

B杂化态平面三角形+++B第1章物质结构基础-

-

+++++++-

-

-

-

BF3

sp2杂化，平面正三角形BF3分子

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础中心原子6C:1s22s22p2

，sp3

杂化2s2pC基态e

跃迁2s2pC激发态

3）CH4:正四面体，键角109º28´。CHHHH109º28´sp3杂化sp3

C杂化态正四面体++++CH1s+H1s+H1s+1sH+

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础++++++++-

-

-

-

CH4

sp3杂化，正四面体形CH4分子

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础CO2分子中的化学键：实验测定，CO2分子中的三个原子成一直线，C原子居中。2s2pC基态激发2s2pC激发态sp杂化spC杂化态2pCspsp2p2pCO2分子中的σ键和π键的示意图键键σ

σ

OCO

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础

1.2化学键与分子结构第1章物质结构基础乙烯（C2H4）分子中的化学键：乙烯(C=C)

HHHH2s2pC基态e

跃迁2s2pC激发态sp2杂化2psp2

C杂化态H—CC—HC(b)乙炔中的π