第四章物質(zhì)結(jié)構(gòu)PPT課件

1、 第四章第四章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)物質(zhì)結(jié)構(gòu) 原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)Structure of materials 1了解微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征：能量量子化、了解微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征：能量量子化、波粒二象性、測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系；波粒二象性、測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系；2了解波函數(shù)與原子軌道、幾率密度與電子了解波函數(shù)與原子軌道、幾率密度與電子云、原子軌道和電子云角度分布圖等基云、原子軌道和電子云角度分布圖等基本概念；本概念；3掌握四個(gè)量子數(shù)的物理意義、相互關(guān)系及掌握四個(gè)量子數(shù)的物理意義、相互關(guān)系及合理組合；合理組合；本章學(xué)習(xí)要求：本章學(xué)習(xí)要求：4掌握單電子原子、多電子原子的軌道能掌握單電子原子、多電子原子的軌道能級(jí)和核外電子

2、排布規(guī)律，熟練寫出第四級(jí)和核外電子排布規(guī)律，熟練寫出第四周期以內(nèi)元素原子的核外電子排布式；周期以內(nèi)元素原子的核外電子排布式；5掌握原子結(jié)構(gòu)與周期系的關(guān)系掌握原子結(jié)構(gòu)與周期系的關(guān)系,了解元素了解元素基本性質(zhì)的變化規(guī)律；基本性質(zhì)的變化規(guī)律； 6掌握離子鍵的特點(diǎn)、強(qiáng)度等掌握離子鍵的特點(diǎn)、強(qiáng)度等；7. 掌握價(jià)鍵理論的要點(diǎn)、共價(jià)鍵的特點(diǎn)及掌握價(jià)鍵理論的要點(diǎn)、共價(jià)鍵的特點(diǎn)及 鍵和鍵和 鍵的形成、特點(diǎn)；鍵的形成、特點(diǎn)；8. 掌握雜化軌道理論的要點(diǎn)，能解釋簡(jiǎn)單分掌握雜化軌道理論的要點(diǎn)，能解釋簡(jiǎn)單分子的形成及分子的空間構(gòu)型子的形成及分子的空間構(gòu)型9. 掌握分子間作用力和氫鍵的形成、特點(diǎn)及掌握分子間作用力和氫鍵的

3、形成、特點(diǎn)及對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響4.1 物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論發(fā)展簡(jiǎn)介原子-分子論經(jīng)典原子模型玻爾氫原子模型量子力學(xué)19世紀(jì)20世紀(jì)道-阿Rutherford量子論普朗克自然界的電磁輻射自然界的電磁輻射 射射線線X|射射線線真真空空紫紫外外近近紫紫外外可可見見光光近近紅紅外外基基本本紅紅外外遠(yuǎn)遠(yuǎn)紅紅外外微微波波無無線線電電波波0.01-1010-200200-400400-800800-25002500-50005000-300003E4-5E45E4-3E7波長(zhǎng)（波長(zhǎng)（nm）連續(xù)光譜連續(xù)光譜氫原子光譜氫原子光譜18sm10998. 2 cc光光速速 /nmH3 .65657. 4H1 .4

4、8607. 6H0 .43491. 6H2 .41031. 71 /s)10 (14 Fe在電弧中發(fā)光在電弧中發(fā)光顯影光源 狹縫 光柵 照相 譜圖 波長(zhǎng)標(biāo)尺波長(zhǎng)標(biāo)尺 無論何時(shí)、何地，測(cè)得的譜線位置和強(qiáng)度完全吻合！無論何時(shí)、何地，測(cè)得的譜線位置和強(qiáng)度完全吻合！1. 玻爾理論 1) 1) 核外電子只能在有確定半徑和能量的軌道上核外電子只能在有確定半徑和能量的軌道上運(yùn)動(dòng)，且不輻能量。運(yùn)動(dòng)，且不輻能量。2) 2) 通常，電子處在離核最近的軌道上，能量最通常，電子處在離核最近的軌道上，能量最低低基態(tài)基態(tài); ;原子得到能量后原子得到能量后, ,電子被激發(fā)到高能電子被激發(fā)到高能軌道上，原子處于激發(fā)態(tài)。軌道上

5、，原子處于激發(fā)態(tài)。3) 3) 從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)釋放光能從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)釋放光能 ，光的頻率取決，光的頻率取決于軌道間的能量差。于軌道間的能量差。 玻爾理論的局限：玻爾理論的局限：1) 多電子原子光譜多電子原子光譜 2)氫原子的精細(xì)光譜氫原子的精細(xì)光譜1924 年年， de Broglie提出了提出了靜止質(zhì)量不為靜止質(zhì)量不為零的微觀粒子具有波粒二象性零的微觀粒子具有波粒二象性的假的假設(shè)設(shè)。并。并預(yù)言具有動(dòng)量預(yù)言具有動(dòng)量 P 的微觀粒子，其物質(zhì)波的微觀粒子，其物質(zhì)波的波長(zhǎng)為的波長(zhǎng)為 ， 2. 微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特性1) 波粒二象性波粒二象性1927 年，年， de Broglie 的預(yù)言被電子衍射實(shí)驗(yàn)

6、的預(yù)言被電子衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，故這種物質(zhì)波稱為所證實(shí)，故這種物質(zhì)波稱為de Broglie波。波。 ph 感光屏幕感光屏幕薄晶體片薄晶體片衍射環(huán)紋衍射環(huán)紋電子槍電子槍電子束電子束用電子槍發(fā)射高速電子通過薄晶體片射擊感光用電子槍發(fā)射高速電子通過薄晶體片射擊感光熒屏，得到明暗相間的環(huán)紋，類似于光波的衍熒屏，得到明暗相間的環(huán)紋，類似于光波的衍射環(huán)紋。射環(huán)紋。 電子衍射實(shí)驗(yàn)示意圖電子衍射實(shí)驗(yàn)示意圖 粒子粒子 m/kg V/m.s-1 /m 近 似 直近 似 直徑徑/m 波動(dòng)性波動(dòng)性 1V電子電子 9.110-31 5.9105 1.210-9 10-15 顯著顯著 氫原子氫原子 1.610-27 1.0

7、103 4.010-10 10-10 尚顯著尚顯著 槍彈槍彈 1.010-2 1.0103 6.010-35 10-2無無 壘球壘球 2.010-1 3.010 1.110-46 10-2 無無 由上表可知，當(dāng)波長(zhǎng)由上表可知，當(dāng)波長(zhǎng)大于實(shí)物粒子直徑才表現(xiàn)波動(dòng)性。大于實(shí)物粒子直徑才表現(xiàn)波動(dòng)性。宏觀物體與宏觀物體與微觀粒子比較微觀粒子比較不可能同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定微觀粒的動(dòng)量和位置不可能同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定微觀粒的動(dòng)量和位置。3) 量子化特征量子化特征 E = h 微觀粒子能量變化是不連續(xù)的，只能以某一最小微觀粒子能量變化是不連續(xù)的，只能以某一最小能量單位的整數(shù)倍變化，最小能量單位稱為量子能量單位的整數(shù)倍變化

8、，最小能量單位稱為量子即即 x p= x m h 2) Heisenberg測(cè)不準(zhǔn)原理測(cè)不準(zhǔn)原理測(cè)不準(zhǔn)原理是宏觀與微觀的判別式。測(cè)不準(zhǔn)原理是宏觀與微觀的判別式。(uncertainty principle) x位置測(cè)不準(zhǔn)位置測(cè)不準(zhǔn) , p動(dòng)量測(cè)不準(zhǔn)動(dòng)量測(cè)不準(zhǔn) Heisenberg W1) 1) 具有波動(dòng)性的微觀粒子不再服從經(jīng)典力學(xué)規(guī)律，具有波動(dòng)性的微觀粒子不再服從經(jīng)典力學(xué)規(guī)律， 它們的運(yùn)動(dòng)沒有確定的軌道，只有一定的空它們的運(yùn)動(dòng)沒有確定的軌道，只有一定的空間間幾幾率分布，遵循測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系率分布，遵循測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系, ,故故對(duì)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)對(duì)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只能采用統(tǒng)計(jì)的方法，做出幾率性的判斷。狀態(tài)只

9、能采用統(tǒng)計(jì)的方法，做出幾率性的判斷。3) 概率（幾率）密度概率（幾率）密度：電子在核外空間某處單位電子在核外空間某處單位 微體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率微體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率，它等于波函數(shù)絕對(duì)值的平它等于波函數(shù)絕對(duì)值的平方方，即即|2 2= =dpdp/ /dvdv 。3. 概率（幾率）和概率密度2) 概率（幾率）：概率（幾率）：電子在核外空間某區(qū)域出現(xiàn)電子在核外空間某區(qū)域出現(xiàn)機(jī)機(jī)會(huì)的大小會(huì)的大小。0V) (Ehm8zyx222222224. 4. 波函數(shù)波函數(shù) wave farction1) Schrndinger 方程方程 量子力學(xué)中描述核外電子在空間運(yùn)動(dòng)的量子力學(xué)中描述核外電子在空間運(yùn)動(dòng)的 數(shù)學(xué)函數(shù)式，

10、即數(shù)學(xué)函數(shù)式，即原子軌道原子軌道 E 軌道總能量（動(dòng)能與勢(shì)能總和軌道總能量（動(dòng)能與勢(shì)能總和 ）m 微粒質(zhì)量，微粒質(zhì)量，h 普朗克常量普朗克常量x,y,z 為微粒的空間坐標(biāo)為微粒的空間坐標(biāo) (x,y,z)波函數(shù)波函數(shù)波函數(shù)波函數(shù) 是通過解薛定諤方程得到的。是通過解薛定諤方程得到的。Schrodinger E2) 直角坐標(biāo)直角坐標(biāo)( x,y,z)與球坐標(biāo)與球坐標(biāo) (r, , )的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換 (x,y,z)= (r, , )=R(r)Y( , )徑向波函數(shù)徑向波函數(shù)角度波函數(shù)角度波函數(shù)# 一個(gè)合理的波函數(shù)，必然對(duì)應(yīng)一個(gè)合理的波函數(shù)，必然對(duì)應(yīng) 一組合理的量子數(shù)：一組合理的量子數(shù)：n、l、m。 3) 波

11、函數(shù)與原子軌道波函數(shù)與原子軌道 波函數(shù)波函數(shù)是是描述微觀粒子在核外三維空間的描述微觀粒子在核外三維空間的 一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式(x,y,z) 波函數(shù)是描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)方波函數(shù)是描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)方 程即薛程即薛 定諤方程的解。定諤方程的解。 一個(gè)確定的波函數(shù)即表示電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。一個(gè)確定的波函數(shù)即表示電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。波函數(shù)又可稱為原子軌道。如：波函數(shù)又可稱為原子軌道。如：1s 又稱為又稱為1s軌道。軌道。 4) 波函數(shù)波函數(shù)(原子軌道原子軌道)的的空間圖象空間圖象25) (2412,1,00az cos02 arZre 為徑向部分為徑向部分 ，0a

12、2Zrre R(r) cos),( Y為角度部分為角度部分 。經(jīng)過計(jì)算經(jīng)過計(jì)算，得到得到 及對(duì)應(yīng)及對(duì)應(yīng) Y ( , )or | Y ( , ) | 2 的數(shù)的數(shù)據(jù)。根據(jù)據(jù)。根據(jù)Y( , ) ( , ) 可以畫出可以畫出的的角度分布圖：角度分布圖：Z / cos cos2 0 1.00 1.00 15 0.97 0.93 30 0.87 0.75 45 0.71 0.50 60 0.50 0.25 90 0.00 0.00120 0.50 0.25135 0.71 0.50150 0.87 0.75165 0.97 0.93180 1.00 1.00波函數(shù)的角度分布圖波函數(shù)的角度分布圖各種波函數(shù)

13、的角度分布圖各種波函數(shù)的角度分布圖s、p、軌道角度部分剖面圖、軌道角度部分剖面圖zx+szx+pxzy+pypzzx+sd 軌道角度部分剖面圖軌道角度部分剖面圖+yxdxy+zxdxz+zxdxz+d x2y2yx+d z2zx四四花花瓣瓣形形f 原子軌道角度分布圖原子軌道角度分布圖注意：注意：A.A.僅是輪廓圖，并不表示電子的運(yùn)動(dòng)軌跡。僅是輪廓圖，并不表示電子的運(yùn)動(dòng)軌跡。B.B. 有正、負(fù)之分，表明在這個(gè)區(qū)域的正負(fù)值，有正、負(fù)之分，表明在這個(gè)區(qū)域的正負(fù)值，在論化學(xué)鍵的成鍵與否或鍵的強(qiáng)弱可知，在論化學(xué)鍵的成鍵與否或鍵的強(qiáng)弱可知，兩個(gè)同軌道相互重疊，才能保證化學(xué)鍵的兩個(gè)同軌道相互重疊，才能保證化

14、學(xué)鍵的形成。形成。 電子云的角度分布圖電子云的角度分布圖： 電子云圖：電子云圖：用小黑點(diǎn)的疏密來表示電子在用小黑點(diǎn)的疏密來表示電子在外空間幾率密度分布的具體圖像。外空間幾率密度分布的具體圖像。因?yàn)橐驗(yàn)?2(r, , )=R2(r)Y2( , ) ，根據(jù)根據(jù)Y2( , ) ( , )可以畫出電子云的角度分布圖：可以畫出電子云的角度分布圖： 電子云：電子云：電子在核外空間幾率密度分布的電子在核外空間幾率密度分布的 形象性。即形象性。即|2具體分布圖形。具體分布圖形。各種電子云的角度分布圖各種電子云的角度分布圖zxsdz2zxydx2y2xydxyxzyxS電子云電子云 P電子云電子云各種電子云的各

15、種電子云的空間空間分布圖分布圖象象球形對(duì)稱球形對(duì)稱啞鈴形，沿某個(gè)坐標(biāo)軸啞鈴形，沿某個(gè)坐標(biāo)軸呈柱形對(duì)稱，在核附近呈柱形對(duì)稱，在核附近及另兩個(gè)軸方向上幾率及另兩個(gè)軸方向上幾率密度為零。密度為零。d 電子云電子云五種空間取向，花瓣形，核附近幾率密度為零五種空間取向，花瓣形，核附近幾率密度為零d電子云電子云 f f 軌道軌道 ( ( l l = 3,= 3,m m = +3,+2,+1, 0, -1, -2, -3 ) = +3,+2,+1, 0, -1, -2, -3 ) : : m m 七種取值七種取值, , 空間七種取向空間七種取向, , 七條等價(jià)七條等價(jià)( (簡(jiǎn)并簡(jiǎn)并) ) f f 軌道軌道.

16、 .f電子云電子云 =s, p, d平面示意圖平面示意圖 電子云電子云| |2分布圖分布圖 yx+ (s)yx| (s)|2yx| (px)|2yx| (py)|2zx| (pz)|2yx (px)+-yx (py)+-zx (pz)+- 對(duì)于多電子原子，以上軌道也近似存在對(duì)于多電子原子，以上軌道也近似存在原子軌道與電子云角度分布圖比較原子軌道與電子云角度分布圖比較圖的形狀較圖的形狀較“瘦瘦” 為正值為正值圖的形狀較圖的形狀較“胖胖” 為為 正、負(fù)值正、負(fù)值不同不同伸展方向相同伸展方向相同形狀相似形狀相似相同相同Y2( , )Y ( , )角度分布函數(shù)角度分布函數(shù)電子云電子云原子軌道原子軌道原

17、子軌道與電子云角度分布圖比較原子軌道與電子云角度分布圖比較名稱名稱 徑向分布函數(shù)圖徑向分布函數(shù)圖: :rr+drD(r)r D(r) = 2 4 r2 稱為徑向稱為徑向分布函數(shù)分布函數(shù),表示電子在離核半表示電子在離核半徑為徑為r 的球面上單位厚度球的球面上單位厚度球殼內(nèi)出的概率。殼內(nèi)出的概率。D(r)r1s52.9pm 氫原子氫原子1s電子：電子：在在原子核附近概率密度原子核附近概率密度最大，而在離核半徑最大，而在離核半徑52.9pm (Bohr半徑半徑) 的的球殼層中有最大概率。球殼層中有最大概率。4.2 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 1. 四個(gè)量子數(shù)：四個(gè)量子數(shù)： quantum nu

18、mber 描述電子層描述電子層( (能層能層) ) 描述電子離核遠(yuǎn)近，描述電子離核遠(yuǎn)近， n 是決定電子能量的主要因素是決定電子能量的主要因素 物理意義：物理意義：相應(yīng)光譜項(xiàng)：相應(yīng)光譜項(xiàng)： K L M N O P Q. 1) 主量子數(shù)主量子數(shù) n ： principal quantum 取值：取值： 1 2 3 4 5 6 7 n 單電子原子（離子），電子能量完全決定于單電子原子（離子），電子能量完全決定于n， eVnE26 .13 n值越大，能量越高值越大，能量越高多電子原子，電子能量與多電子原子，電子能量與n和原子軌道形狀有關(guān)和原子軌道形狀有關(guān)。2) 角量子數(shù)角量子數(shù) l 物理意義：物理意

19、義： 描述原子軌道或電子云形狀；描述原子軌道或電子云形狀； 表示同一電子層中具有不同的亞層；表示同一電子層中具有不同的亞層； 在多電子原子中，確定能量的次要因素在多電子原子中，確定能量的次要因素。 angular quantum number取值取值: 0，1， 2， (n-1) 共共n個(gè)個(gè) l0123亞層亞層spdf電子云形狀電子云形狀球?qū)ΨQ球?qū)ΨQ啞鈴形啞鈴形四花瓣形四花瓣形各電子層的亞層數(shù)各電子層的亞層數(shù)=電子層的電子層的 n值值 多電子原子中，電子能量由多電子原子中，電子能量由n 、 l 共同共同 決定。決定。 n 、l 相同的電子，能量相同，處于同相同的電子，能量相同，處于同 一能一能

20、單電子原子：?jiǎn)坞娮釉樱?Ens= Enp= End= Enf多電子原子：多電子原子： Ens Enp Endl 例如例如 : :);21,1,1,2();21,1,1,2()21,1,1,2();21,0,1,2()21,1,1,2();21,0,1,2(:2)21,0,0,2();21,0,0,2(:22222226 或或或或外外層層電電子子：pspsC ssssmmlnmmlnmmlnmmln, 1, 2, 4421, 0, 3321, 1, 2221, 0, 2,1當(dāng)當(dāng)?shù)牡牧苛孔幼訑?shù)數(shù)。例例：給給下下列列各各組組填填入入適適小結(jié)小結(jié)nn,m,l三個(gè)量子數(shù)可確定一個(gè)原子軌道三個(gè)量子數(shù)可確

21、定一個(gè)原子軌道(n,l,m)nn, l , m,ms四個(gè)量子數(shù)確定一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)四個(gè)量子數(shù)確定一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).nn,l相同的原子軌道，能量相同，稱為簡(jiǎn)并軌道。相同的原子軌道，能量相同，稱為簡(jiǎn)并軌道。n每個(gè)電子層的亞層數(shù)每個(gè)電子層的亞層數(shù) = n 值值 n每個(gè)電子亞層的軌道數(shù)為（每個(gè)電子亞層的軌道數(shù)為（2l+1 )個(gè)個(gè) n每個(gè)電子層的軌道總數(shù)為每個(gè)電子層的軌道總數(shù)為n2個(gè)，最多可容納個(gè)，最多可容納2n2 個(gè)電子個(gè)電子 屏蔽效應(yīng)：屏蔽效應(yīng)：由于內(nèi)層電子對(duì)外層子的由于內(nèi)層電子對(duì)外層子的 排斥作用，削弱了原子核對(duì)外層電子的排斥作用，削弱了原子核對(duì)外層電子的 吸引力，使有效核電荷數(shù)減小吸引力，使

22、有效核電荷數(shù)減小。 2.2. 1) 1) 屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)不同電子層：不同電子層：EK EL EM EN 鉆穿效應(yīng)：鉆穿效應(yīng)： 在多電子原子中，在多電子原子中，l 較小的軌道上的電子鉆到較小的軌道上的電子鉆到 核核 附近回避其它電子屏蔽的能力較強(qiáng)，因而附近回避其它電子屏蔽的能力較強(qiáng)，因而 能量較低。能量較低。 同一電子層：同一電子層：Ens Enp End Enf同一能級(jí)組：同一能級(jí)組：ns (n-2)f (n-1)d np能級(jí)交錯(cuò)能級(jí)交錯(cuò)ns (n-2)f (n-1)d npEns Enp End EnfEK EL EM EN 2)多電子原子軌道近似能級(jí)圖多電子原子軌道近

23、似能級(jí)圖 主量子數(shù)主量子數(shù)n和角量子數(shù)均不相同時(shí)，出現(xiàn)和角量子數(shù)均不相同時(shí)，出現(xiàn) “能級(jí)交錯(cuò)能級(jí)交錯(cuò)”現(xiàn)象現(xiàn)象E4s E3d E4p . 。 由圖可見由圖可見： 角量子數(shù)相同，能級(jí)能量隨主量子數(shù)的增角量子數(shù)相同，能級(jí)能量隨主量子數(shù)的增 大而升高，即大而升高，即E1s E2s E3s E4s . 。 主量子數(shù)相同，能級(jí)能量隨角量子數(shù)主量子數(shù)相同，能級(jí)能量隨角量子數(shù)l的增的增 大而升高，即大而升高，即Ens Enp End ns(n-1)d(n-2)f 26Fe Ar3d64s2 Ar3d64s0 Ar3d54s0 Ar3d44s2 Ar3d34s2 Fe2+ Fe3+元素原子的電子層結(jié)構(gòu)呈周期性

24、變化元素原子的電子層結(jié)構(gòu)呈周期性變化 ，導(dǎo)，導(dǎo)致元素性質(zhì)周期性變化致元素性質(zhì)周期性變化, 這就是元素周期律。這就是元素周期律。2. 2. 元素周期系元素周期系周期的劃分與能級(jí)組的劃分完全一致，每個(gè)周期的劃分與能級(jí)組的劃分完全一致，每個(gè)能級(jí)組都獨(dú)自對(duì)應(yīng)一個(gè)周期。共有七個(gè)能級(jí)能級(jí)組都獨(dú)自對(duì)應(yīng)一個(gè)周期。共有七個(gè)能級(jí)組，組， 所以共有七個(gè)周期。所以共有七個(gè)周期。1) 元素周期律元素周期律2) 元素的周期元素的周期周期的劃分和軌道能級(jí)組的關(guān)系周期的劃分和軌道能級(jí)組的關(guān)系周期周期數(shù)數(shù)原子原子序數(shù)序數(shù)元素元素?cái)?shù)目數(shù)目最高能級(jí)組最高能級(jí)組最大電最大電子容量子容量11221s第一能級(jí)組第一能級(jí)組2231082s

25、,2p第二能級(jí)組第二能級(jí)組83111883s,3p第三能級(jí)組第三能級(jí)組841936184s,3d,4p第四能級(jí)組第四能級(jí)組1853754185s,4d,5p第五能級(jí)組第五能級(jí)組1865586326s,4f,4d,6p第六能級(jí)組第六能級(jí)組32787109(未完未完)237s,5f,5d,7p第七能級(jí)組第七能級(jí)組32周期數(shù)周期數(shù)元素電子層數(shù)元素電子層數(shù)能級(jí)組中最高主量子數(shù)能級(jí)組中最高主量子數(shù)周期周期短周期（一，二，三）短周期（一，二，三）長(zhǎng)周期（四，五，六，七）長(zhǎng)周期（四，五，六，七）族族主族主族(IA-VIIA,0)原子最后一個(gè)電子原子最后一個(gè)電子填填 外層外層 ns、np軌道軌道 副族副族(I

26、IIB-IIB,IB)最后一個(gè)電子填在最后一個(gè)電子填在(n-1)d或或 (n- 2)f 軌道上軌道上1SH He2345672S3S4S5S6S7S3d4d5d2p3p4p5p6p4f5f4) 元素的區(qū)元素的區(qū) 3.元素基本性質(zhì)的周期性元素基本性質(zhì)的周期性 1) 原子半徑原子半徑 共價(jià)半徑共價(jià)半徑 同種元素的兩個(gè)原子，同種元素的兩個(gè)原子， 以共價(jià)單鍵相連時(shí)，核間距的一以共價(jià)單鍵相連時(shí)，核間距的一 半，為共價(jià)半徑。半，為共價(jià)半徑。 d核間距為核間距為d，2d 金屬半徑金屬半徑 金屬晶體中，金屬原子被視為剛性金屬晶體中，金屬原子被視為剛性球體，彼此相切，其核間距的一半，為金屬半徑。球體，彼此相切，

27、其核間距的一半，為金屬半徑。 van de Waals半徑半徑惰性氣體中，原子間不形成化學(xué)鍵，但由于在惰性氣體中，原子間不形成化學(xué)鍵，但由于在T很低時(shí)也能液化、固化，因此很低時(shí)也能液化、固化，因此 原子原子(分子分子)間以間以分子間力分子間力 作用，相互接觸，形成分子晶體；作用，相互接觸，形成分子晶體；又如干冰又如干冰CO2，兩個(gè)分子間也以，兩個(gè)分子間也以van de Waals力力相互作用相互作用, 其其O-O間的一半間的一半為為van de Waals半徑半徑。AARAACO2CO2以上二者都稱為接觸半徑以上二者都稱為接觸半徑或或van de Waals半徑。半徑。 原子半徑原子半徑在周期

28、表中的遞變規(guī)律在周期表中的遞變規(guī)律 同一主族，從上到下原子半徑逐漸增大同一主族，從上到下原子半徑逐漸增大減小程度不大減小程度不大, r = 5pm。 同一副族從上到下變化幅度小，同一副族從上到下變化幅度小，第五、第五、六周期六周期元素的原子半徑非常接近元素的原子半徑非常接近。 同一周期中同一周期中：長(zhǎng)周期過渡元素長(zhǎng)周期過渡元素：從左到右原子半徑從左到右原子半徑短周期短周期：從左到右原子半徑逐漸減小從左到右原子半徑逐漸減小變化幅度較大變化幅度較大。主族元素主族元素 元素的原子半徑變化元素的原子半徑變化 鑭系元素從左到右，原子半徑減小幅度更小，鑭系元素從左到右，原子半徑減小幅度更小，這是由于新增加

29、的電子填入外數(shù)第三層上，對(duì)外這是由于新增加的電子填入外數(shù)第三層上，對(duì)外層電子的屏蔽效應(yīng)更大，外層電子所受到的層電子的屏蔽效應(yīng)更大，外層電子所受到的 有有效核電荷數(shù)效核電荷數(shù) 增加的影響更小。鑭系元素從鑭到增加的影響更小。鑭系元素從鑭到鐿整個(gè)系列的原子半徑減小不明顯的現(xiàn)象稱為鐿整個(gè)系列的原子半徑減小不明顯的現(xiàn)象稱為鑭鑭系收縮系收縮。2) 電離能電離能 （ionization energy） 第一電離能（第一電離能（I1）：）：A(g)-e A+ (g) 第二電離能：由體第二電離能：由體+1價(jià)離子再失去一個(gè)電價(jià)離子再失去一個(gè)電 子成為子成為+2價(jià)離子所需的能量?jī)r(jià)離子所需的能量I 1 I2 2.0

30、為非金屬元素為非金屬元素X 1.7 易形成穩(wěn)定離子易形成穩(wěn)定離子Na + 2s 2 2p 6， Cl 3s 2 3p 6 ，只轉(zhuǎn)移少數(shù)電子就達(dá)稀有氣體式穩(wěn)只轉(zhuǎn)移少數(shù)電子就達(dá)稀有氣體式穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。定結(jié)構(gòu)。Na ( s ) + 1/2 Cl 2 ( g ) = NaCl ( s )形成離子鍵時(shí)釋放能量多形成離子鍵時(shí)釋放能量多 H = 410.9 kJmol-12. 離子鍵的特征離子鍵的特征1) 作用力的實(shí)質(zhì)是靜電引力作用力的實(shí)質(zhì)是靜電引力221rqqF 2) 離子鍵沒有方向性離子鍵沒有方向性離子離子與任何方向性不同的離子相吸引與任何方向性不同的離子相吸引,所以無方向性所以無方向性。3) 離子鍵沒有飽

31、和性離子鍵沒有飽和性只要是正負(fù)離子之間，則彼此吸引，只要是正負(fù)離子之間，則彼此吸引，即無飽和性。即無飽和性。因離子化合物是正負(fù)離子由離子鍵交替連接構(gòu)成的晶體物質(zhì)，沒有單個(gè)正負(fù)離子的分子存在，故離子化合物的分子式只是其化學(xué)式。3 3. 離子鍵的強(qiáng)度和晶格能離子鍵的強(qiáng)度和晶格能 晶格能晶格能U(lattice energy ) ： 標(biāo)態(tài)下，氣態(tài)正、負(fù)離子結(jié)合成標(biāo)態(tài)下，氣態(tài)正、負(fù)離子結(jié)合成 1mol離子晶體時(shí)所放出的能量。離子晶體時(shí)所放出的能量。 A+(g) + B-(g) = AB(s) mrH=U離子鍵的強(qiáng)度和離子晶體離子鍵的強(qiáng)度和離子晶體(ionic crystal)的穩(wěn)定性用晶格能的穩(wěn)定性用

32、晶格能(lattice energy )來衡量。來衡量。同類型離子晶體，離子電荷越高，離子核間距越短，則晶格能越大，晶體中離子鍵越強(qiáng)，離子晶體越穩(wěn)定。晶格能晶格能可通過可通過Born-Haber循環(huán)循環(huán)求算求算 Cl(g) DNa(g)S Cl-(g)+ Na+(g)-UI1-EeafHmNa(s)+ Cl2(g)NaCl(s)fHm= S+ I1+ D -Eea-U4. 離子離子影響離子鍵強(qiáng)度的因素有：離子的電影響離子鍵強(qiáng)度的因素有：離子的電荷荷 q 、離子的電子層構(gòu)型和離子半徑、離子的電子層構(gòu)型和離子半徑 r （即離子的三個(gè)重要特征）（即離子的三個(gè)重要特征） 。1) 離子的電荷離子的電荷電

33、荷越高，離子鍵越強(qiáng)電荷越高，離子鍵越強(qiáng) 。2) 離子的電子層構(gòu)型離子的電子層構(gòu)型 2e(1s2): 8e(ns2np6): 18e (ns2np6nd 10) : 9-17e(ns2np6nd 1-9)or Li+、Be2+ Na+、Mg2+、 Al3+ Ag+ . Zn2+ . Sn4+ Fe2+ . Mn2+ . Cr3+ Sn2+、Pb2+、Sb3+不規(guī)則電子構(gòu)型不規(guī)則電子構(gòu)型：18+2e (n-1)s2(n-1)p6(n-1)d 10ns2離子的電子層構(gòu)型大致有離子的電子層構(gòu)型大致有5種種3) 離子半徑離子半徑 R陽陽R原原R陰陰 同一周期，離子電子構(gòu)型相同的同一周期，離子電子構(gòu)型相同

34、的陽陽 RNa+=95pmRCl=99.4pmRA3+ RA2+ RA+ R Fe3+=64pm 0鍵的極性與電負(fù)性差鍵的極性與電負(fù)性差的關(guān)系的關(guān)系鍵鍵鍵型過渡鍵型過渡H HH BrH ClH FNa+ F - 00.40.70.91.93.1非極性鍵非極性鍵極性鍵極性鍵離子鍵離子鍵負(fù)性差負(fù)性差來衡量來衡量 , 越大鍵極性越強(qiáng)越大鍵極性越強(qiáng) 。 共價(jià)鍵共價(jià)鍵H I 分子的極性分子的極性分子的極性大小用偶極矩分子的極性大小用偶極矩衡量衡量+q-qd偶極矩偶極矩=d.q=d.q非極性分子非極性分子 = 0分子中鍵均為非極性鍵分子中鍵均為非極性鍵有極性鍵有極性鍵, ,但分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱但分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱極性

35、分子極性分子分子結(jié)構(gòu)不對(duì)稱分子結(jié)構(gòu)不對(duì)稱 0+-+-OHHOOc180.主要內(nèi)容小結(jié)：主要內(nèi)容小結(jié)： （1 1）核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性）核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性* （3）四個(gè)量子數(shù)：意義、取值、原）四個(gè)量子數(shù)：意義、取值、原 子子軌道和電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的確定軌道和電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的確定 * （4）核外電子排布：軌道能級(jí)圖、）核外電子排布：軌道能級(jí)圖、 排布規(guī)律、電子排布與周期表排布規(guī)律、電子排布與周期表（5）元素性質(zhì)的周期性變化）元素性質(zhì)的周期性變化（2 2）波函數(shù)與原子軌道，幾率、幾率）波函數(shù)與原子軌道，幾率、幾率密度與電子云的意義密度與電子云的意義 價(jià)健理論局限性價(jià)健理論局限性： 無法解釋分子的空間構(gòu)型

36、無法解釋分子的空間構(gòu)型 健角健角 分子構(gòu)型分子構(gòu)型 H2O 104.50 V型型 CH4 109.280 正四面體型正四面體型1) 在形成分子時(shí)在形成分子時(shí),原子中能量相近的幾個(gè)原子中能量相近的幾個(gè) 原子軌道重新組合而形成一組新的原原子軌道重新組合而形成一組新的原 子軌道，這子軌道，這-過程稱為雜化，形成的新過程稱為雜化，形成的新 軌道稱為雜化軌道軌道稱為雜化軌道 1. 1. 雜化軌道理論的基本要點(diǎn)雜化軌道理論的基本要點(diǎn) 4.6 雜化軌道理論雜化軌道理論 hybrid orbital雜化軌道形狀一頭大一頭小的葫蘆型雜化軌道形狀一頭大一頭小的葫蘆型。3) 軌道雜化增強(qiáng)原子軌道的成鍵能力軌道雜化增

37、強(qiáng)原子軌道的成鍵能力；2) 雜化軌道數(shù)目等于參與雜化的原子軌雜化軌道數(shù)目等于參與雜化的原子軌道數(shù)目道數(shù)目；（最大重疊、最小斥力）（最大重疊、最小斥力）。 2.雜化類型與分子空間構(gòu)型雜化類型與分子空間構(gòu)型 spsp雜化雜化 2個(gè)個(gè)sp 雜化軌道雜化軌道特點(diǎn)：特點(diǎn)：sp=s/2+p/2兩個(gè)兩個(gè)sp 雜化軌道的夾角為雜化軌道的夾角為180+y+xy+x+-y-x=+ 直線型直線型空間構(gòu)型空間構(gòu)型 兩個(gè)兩個(gè)sp 雜化軌道的夾角為雜化軌道的夾角為1802s22p0激發(fā)2s12p1雜化sp成鍵Cl ClEx.形成形成BeCl2分子分子分子為分子為直線型結(jié)構(gòu)直線型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：特點(diǎn)：sp=s/2+p/2+-Cl

38、+-Cl+-雜化軌道雜化軌道Be: 1s22s2 sp2 雜化雜化2s22p1激發(fā)2s12p2雜化成鍵FFFsp2雜化軌道 三個(gè)三個(gè)sp2 雜化軌道的夾角為雜化軌道的夾角為120 空間構(gòu)型為空間構(gòu)型為; 平面三角型平面三角型 BF3 分子分子特點(diǎn)特點(diǎn)： = S/3+2p/3 sp3 雜化雜化 2s22p2激發(fā)2s12p3雜化成鍵HHHsp3雜化軌道H 四個(gè)四個(gè)sp3 雜化軌道的夾角為雜化軌道的夾角為10928 空間構(gòu)型為空間構(gòu)型為; 正四面體型正四面體型 CH4 分子分子特點(diǎn)：特點(diǎn)： = S/4+3p/4 等性雜化等性雜化: : 各個(gè)雜化軌道的形狀各個(gè)雜化軌道的形狀和能量完全相同。和能量完全相

39、同。 不等性雜化不等性雜化: : 參與雜化的原子軌參與雜化的原子軌道中存在孤對(duì)電子，則形成的雜化軌道中存在孤對(duì)電子，則形成的雜化軌道的形狀和能量不完全相同。道的形狀和能量不完全相同。判斷是否等性雜化，要看各條雜化軌道的能量是否相等，不能看未參加雜化的軌道的能量。3. 等性雜化和不等性雜化等性雜化和不等性雜化2s22p3成鍵HHsp3雜化軌道H雜化NH3H2O2s22p4成鍵Hsp3雜化軌道H雜化三角錐型三角錐型V 型型1071810445參與雜化但不成鍵參與雜化但不成鍵參與雜化但不成鍵參與雜化但不成鍵氨分子的不等性氨分子的不等性sp3雜化雜化水分子的不等性水分子的不等性sp3雜化雜化 (1)(

40、1) 在形成多原子分子時(shí)，在形成多原子分子時(shí)，能量相近能量相近的原子軌的原子軌 道發(fā)生混合道發(fā)生混合, ,重新形成能量相同的雜化軌道。重新形成能量相同的雜化軌道。 雜化軌道理論小結(jié)雜化軌道理論小結(jié) (2) (2) 雜化軌道數(shù)目與參與雜化的雜化軌道數(shù)目與參與雜化的原子軌道數(shù)目等原子軌道數(shù)目等，雜化軌道有確定的雜化軌道有確定的伸展方向伸展方向。 (3) (3) 雜化分雜化分等性雜化等性雜化和和不等性雜化不等性雜化。 (4) 雜化軌道雜化軌道成鍵能力增強(qiáng)成鍵能力增強(qiáng)。 s s成分越多，成分越多， 成鍵能力越強(qiáng)成鍵能力越強(qiáng)sp sp2 sp3 p 只能形成只能形成鍵鍵，有一定的，有一定的局限性局限性。

41、雜化類型雜化類型 軌道數(shù)軌道數(shù) 軌道夾角軌道夾角 分子構(gòu)型分子構(gòu)型 sp 2 180 直線型直線型 sp2 3 120 平面三角型平面三角型 sp3 4 等性等性10928 正四面體正四面體 不等性不等性10718 三角錐型三角錐型 10445 V型型4.4.軌道雜化類型與分子空間構(gòu)型軌道雜化類型與分子空間構(gòu)型4.7 分子間作用力和氫鍵分子間作用力和氫鍵 1. 分子間力分子間力 intermolecular force van der Waals force取向力取向力(Orientation force)：誘導(dǎo)力誘導(dǎo)力(Induced force)：色散力色散力(Dispersion force)：1) 分子的極化分子的極化 非極性分子非極性分子+- = 0+-+ 極性分子極性分子+-+ 分子內(nèi)正分子內(nèi)正負(fù)負(fù) 電荷重心發(fā)生相對(duì)位移的過程。電荷重心發(fā)生相對(duì)位移的過程。+-+-eee瞬間偶極瞬間偶極色散力色散