原子結構和分子結構.ppt

第8章 原子結構和分子結構,8.1 原子結構,8.1.1 核外電子的運動狀態(tài) 電子云的概念 幾率 : 機會的百分數(shù)。 幾率密度 : 空間某處單位體積中出現(xiàn)的幾率。 等密度線 : 把電子出現(xiàn)的幾率相等的地方聯(lián)接起來，稱為 等密度線，亦稱作電子云的界面 。 原子軌道 :電子云的界面所包括的空間范圍 。,核外電子的運動狀態(tài) 1）電子層 電子層按離核遠近的順序不同分為若干層，用字母n表示。離核最近的，n=1為第1層，其余依次類推， n=2為第2層， n=3為第3層 習慣上用 K、L、M、N、O、P、Q等來表示。 2）電子亞層和電子云形狀 在同一個電子層中，電子的能量還稍有差別，電子云的形狀也不相同。根據(jù)這個差別，又可以把一個電子層分成一個或幾個亞層，分別用s、p、d、f等符號表示。 s亞層電子云是以原子核為中心的球形，p亞層的電子云是紡錘形,3）電子云的伸展方向 s電子云是球形對稱的，在空間各個方向上伸展的程度相同。P電子云在空間有三個伸展方向。d電子云可以有五種伸展方向，f電子云可以有七種伸展方向。 表81 各電子層的原子軌道數(shù),4）電子的自旋 9.1.2 多電子原子軌道的能級,7s 6d 4f 6p 6s 5d 3f 5p 5s 4d 4p 4s 3d 3p 3s 2p 2s 1s 圖81 原子軌道近似能級圖,圖82 電子填入原子軌道的順序,1s2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p,8.1.3 原子核外電子的排布 1.泡利不相容原理 泡利（Pauli）于1925年根據(jù)元素在周期表中的位置和光譜分析結果提出：“在同一個原子中沒有運動狀態(tài)4個方面完全相同的電子存在?！?（1）每個原子軌道只能容納兩個電子，且自旋方向反。 （2）s、p、d、f亞層最多容納的電子數(shù)分別為2、6、 10、14。 （3）各電子層最多容納2n2個電子。,2.能量最低原理 多電子原子處于基態(tài)時，在不違背泡利不相容原理的前提下，電子盡可能先占據(jù)能量較低的軌道，而使原子體系的總能量最低，處于最穩(wěn)定狀態(tài)。 3.洪特規(guī)則 洪特（Hund）于1925年根據(jù)大量的光譜實驗數(shù)據(jù)總結出一個規(guī)律，即電子在等價軌道（即能量相同的原子軌道）上排布時，總是盡可能分占不同的軌道且自旋方向相同。,半充滿 s1、p3、d5、f7 全充滿 s2、p6、d10、f14 全 空 s0、p0、d0、f0 4.電子構型 電子在原子軌道中的排布方式稱為電子層結構，簡稱電子構型。 1）軌道表示式 例如氮原子的軌道表示式為,1s 2s 2p 1s 2s 2p,2）電子排布式 氮原子的電子排布式為,Al 1s22s22p63s23p1 表示為 Al 3s23p1 Fe 1s22s22p63s23p64s23d6 表示為 Fe 4s23d6 3）價電子層結構 價電子層結構指的是價電子（即能參與成鍵的電子）所排布的電子層結構。 主族 ns 12 np 16 副族 (n1)d 110 ns 12,8.2 電子層結構與元素周期系,元素周期律是指：隨著原子序數(shù)的遞增，元素的性質呈周期性變化的規(guī)律。 8.2.1 元素周期系與電子層結構的關系 1.周期 元素周期表中共有7個橫行，稱為7個周期。 具有相同的電子層數(shù)而又按照原子序數(shù)遞增的順序排列的一系列元素稱為一個周期。 2.族 在周期表中有18 個縱行。除8、9、10這3個縱行（稱為第族外），其余15個縱行，每個縱行標為一族。族可分為主族和副族。由短周期和長周期元素共同構成的族，稱為主族（A）；完全由長周期元素構成的族，稱為副族（B）。,3.區(qū) 根據(jù)原子中最后1個電子填充的軌道（或亞層）不同，把周期表中的元素劃分為4個區(qū)。 表93 周期表中元素的分區(qū),8.2.2 元素性質的周期性變化 原子半徑,（1）金屬半徑 在金屬單質晶體中，相鄰兩原子核間距離的一半稱為金屬半徑。 （2）共價半徑 同種元素的兩原子以共價單鍵結合時，其核間距的一半，稱為共價半徑。 （3）范德華半徑 在分子晶體中，相鄰兩分子的兩原子的核間距的一半稱為范德華半徑。,圖84 元素原子半徑與原子序數(shù)的關系,8.3 分子結構,8.3.1共價鍵理論 共價鍵：原子間通過共用電子對（電子云重疊）而形成的化學鍵稱為共價鍵。 1.共價鍵的飽和性和方向性 飽和性：兩個原子相接近時，自旋方向相反的未成對的價電子可以配對形成共價鍵。一個原子含有幾個未成對電子，就可以和幾個自旋方向相反的電子配對成鍵 。 方向性：成鍵原子的電子云必須在各自密度最大的方向上重疊，這就決定了共價鍵具有方向性,2.共價鍵的類型,鍵:如果兩個原子軌道都沿著軌道對稱軸的方向重疊，鍵軸（原子核間的連線）與軌道對稱軸重合，或者說以“頭碰頭”的方式發(fā)生原子軌道重疊.,鍵:如果兩個P軌道的對稱軸相平行，同時它們的節(jié)面又互相重合，那么這兩個P軌道就可以從側面互相重疊，重疊部分對稱于節(jié)面，這樣形成的共價鍵稱為鍵。形象地說，鍵是兩個P軌道以“肩并肩”的方式重疊而形成的共價鍵。,3.共價鍵的鍵參數(shù) 在討論以共價鍵形成的分子時，常用到鍵長、鍵能、鍵角、鍵的極性等表征共價鍵性質的物理量，這叫做共價鍵的鍵參數(shù)。1）鍵長 鍵長是分子中成鍵的兩個原子核間的平均距離（即核間距）。 2）鍵角 分子中某一原子與另外兩個原子形成的兩個共價鍵在空間形成的夾角叫做鍵角。 3）鍵能,圖8-7 四氯甲烷分子和甲醛分子中的鍵角,4）鍵的極性和分子的極性 分子的極性與共價鍵的極性、分子的空間構型有關。 雙原子分子中 : 極性鍵形成的分子是極性分子，非極性鍵形成的分子是非極性分子 多原子分子中 : 化學鍵都是非極性的是非極性分子，化學鍵是極性的，但化學鍵空間分布對稱，分子的偶極矩為零，分子是非極性的。 表86 共價鍵的偶極矩 10-30 Cm,4.雜化與雜化軌道 1）SP3雜化,2）SP2雜化,3）SP雜化,5.分子間的作用力 有機分子通常是非極性或弱極性的，除了高度分散的氣體之外，分子之間也存在一定的作用力，這種分子間的作用力較弱，要比鍵能小12個數(shù)量級，但確是影響有機物的三態(tài)變化（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）及溶解性的重要因素，這種分子間的作用力也叫范德華（Van der Waals）力。 （1）取向力 由極性分子固有偶極之間的取向而產(chǎn)生的分子間作用力叫做取向力 （2）誘導力 當極性分子與非極性分子靠近時，極性分子的固有偶極使非極性分子變形產(chǎn)生的偶極叫誘導偶極，誘導偶極與極性分子的固有偶極相吸引產(chǎn)生的作用力稱誘導力。,（3）色散力 兩個暫時偶極相互吸引產(chǎn)生的作用力稱為色散力。 （4）氫鍵 當氫原子與一個原子半徑較小而電負性又很強的X原子以共價鍵相結合時，就有可能再與另一個電負性大的X原子生成一種較弱的鍵，這種鍵稱為氫鍵。,圖812 氫鍵的形成 8.3.2 離子鍵和離子晶體 原子失去電子成為正離子，而原子得到電子成為負離子，正離子和負離子之間通過靜電吸引而形成的化學鍵稱為離子鍵。由離子鍵形成的化合物稱為離子化合物。 8.3.3 金屬鍵 共用電子在金屬原子、金屬離子之間產(chǎn)生一種結合力，這種結合力稱為金屬鍵,熔點測定,目的和要求,了解測定熔點的意義。 正確掌握用毛細管法測定有機化合物的原理及其方法。,基本原理熔點,定義：熔點是固體有機化合物固液兩態(tài)在大氣壓力下達成平衡的溫度。 純凈的固體有機化合物一般都有固定的熔點，固液兩態(tài)之間的變化是非常敏銳的，自初熔至全熔(稱為熔程)溫度不超過0.5-1。 若化合物含有雜質，會導致熔點變低，熔程變長。,沸點管,橡皮圈,溫度計,樣品液面,沸點測定裝置,實驗裝置熔點的測定,固定b形管，加入石蠟油,樣品管中加入樣品,距離熔點10-15時(1-2 /分鐘),終熔溫度：固體完全消失,1、熔點的測定,初熔溫度：樣品開始塌陷并有液相產(chǎn)生,熔點測定實驗步驟,熔點測定實驗步驟,注意事項： 毛細管的封閉：將毛細管的一端伸入酒精燈下層火焰，不斷轉動毛細管使其不歪斜，不留孔。 裝樣高度：23 mm，密實。 注意使溫度計水銀球位于b形管上下兩叉口之間。 升溫速度：不可太快，特別是接近熔點時需控制每分鐘升溫1左右。 每個樣品測兩次（復測需重新裝樣，不可待上次樣品凝固后再測）,熔點的測定數(shù)據(jù)記錄,觀測三個溫度，并