物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

1、關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)第一張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月5-1 原子結(jié)構(gòu)的近代理論一.微觀粒子的波粒二象性1. 光的波粒二象性波動性：光的干涉，衍射微粒性：光電效應(yīng) 光既是一種電磁波又是光子流，既具有波動性又具有粒子性，即具有波粒二象性。 表征粒子性的物理量(能量E,動量P)和表征波動性的物理量(頻率,波長)之間有如下關(guān)系： E = h (為波的頻率)P = m (為微粒的運動速度)(為微粒波的波長) 第二張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 電子的波粒二象性(1) 德布羅依關(guān)系式 電子，質(zhì)子，中子，原子，分子等靜止質(zhì)量不為零的實物微粒都具有波動的性質(zhì)。 伴隨實物微粒運

2、動的波稱為德布羅依物質(zhì) 波 一個質(zhì)量為m,運動速度為的實物微粒,其動量P=m，故: 稱為德布羅依關(guān)系式表示物質(zhì)波的波長可由質(zhì)量m和運動速度來求算 第三張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月求以1.0106ms-1速度運動的電子的德布羅依波長 例1解：求高爾夫球m=4.510-2kg,速度=30ms-1的德布羅依波長為宏觀物體由于質(zhì)量大,波長極短,所以觀察不到它的波動效應(yīng) 第四張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 電子衍射實驗 1927年美國的戴維森(Davisson，C.J.)和杰爾(Germer， L.H.)用電子衍射實驗(圖3-12)證實了電子的波動性。 1.電子束

3、,2.狹縫,3.光柵(晶體),4.屏幕電子衍射實驗裝置示意圖 (a) X射線衍射圖(b) 電子衍射圖第五張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 海森堡測不準原理 海森堡認為微觀粒子的位置與動量之間有這樣的測不準關(guān)系: xPh x:微觀粒子在x方向的位置坐標的不準確量,P:粒子在該方向的動量的不準確量, h:普朗克常數(shù). 原則上不可能同時準確地 測定微觀粒 子(如電 子)的位置和動量。 測不準原理的內(nèi)容:第六張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月例如，一個電子的質(zhì)量很?。╩=9.1110-31kg，原子 直徑的數(shù)量級為10-10m，電子位置的合理準確度 確定到x為10-11m

4、，求出其速度的不準量。 確定電子位置的同時，其速度就測不準，要同時測準電子的位置和速度是不可能的。解：第七張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二. 氫原子光譜光譜：連續(xù)光譜如:太陽光或白炙燈發(fā)出的 白光 線性光譜：原子光譜第八張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月氫原子光譜n1和n2都是正整數(shù)，而且n2n1 第九張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月氫光譜是所有元素的光譜中最簡單的光譜。在可見光區(qū)，它的光譜只由幾根分立的線狀譜線組成,其波長和代號如下所示：譜線 H H H H H 編號(n) 波長/nm 656.279 486.133 434.048 410.175

5、397.009 不難發(fā)現(xiàn)，從紅到紫,譜線的波長間隔越來越小。5的譜線密得用肉眼幾乎難以區(qū)分。1883年，瑞士的巴爾麥（J.J.Balmer 1825-1898）發(fā)現(xiàn)，譜線波長()與編號(n)之間存在如下經(jīng)驗方程：第十張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月后來，里德堡(J.R.Rydberg 1854-1919)把巴爾麥的經(jīng)驗方程改寫成如下的形式：上式中的常數(shù)后人稱為里德堡常數(shù)，其數(shù)值為1.09677107m-1。氫的紅外光譜和紫外光譜的譜線也符合里德堡方程，只需將1/22改為1/n12,n1=1,2,3,4;而把后一個n改寫成n2=n1+1,n1+2,即可。當(dāng)1=2時,所得到的是可見光

6、譜的譜線,稱為巴爾麥系,當(dāng)n1=3,得到氫的紅外光譜,稱為帕遜系,當(dāng)n1=1,得到的是氫的紫外光譜,稱為來曼系。第十一張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月氫原子的核外電子躍遷和產(chǎn)生的譜系圖 第十二張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月三. 玻爾理論 1913年丹麥青年物理學(xué)家玻爾Bohr在Planck量子論(1900)和Einstein光子學(xué)說(1905年),從理論上解釋了氫原子光譜的規(guī)律。1.Bohr理論的基本要點(1)核外電子運動取一定的軌道,在此軌道上運動的電 子不放出能量也不吸收能量 (2) 在一定軌道上運動的電子有一定的能量,這能量只能取 某些由量子化條件決定的正整

7、數(shù)值.根據(jù)量子化條件， 可推出氫原子核外軌道的能量公式： 或n=1，2，3，4的正整數(shù) 第十三張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月當(dāng)n=1時能量最低，此時能量為2.17910-18J,此時對應(yīng)的半徑為52.9pm,稱為玻爾半徑。由公式：及E=E2-E1=h第十四張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月例：求激發(fā)態(tài)氫原子的電子從n=4能級躍遷到n=2 能級時所發(fā)射的輻射能的頻率、波長及能量？解：由第十五張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月基態(tài)：原子在正?；蚍€(wěn)定狀態(tài)時,電子盡可能的處于能量最 低的軌道,這種狀態(tài)稱為。氫原子處于基態(tài)時,能量最低(為-13.6eV或2.179

8、10-18J);2. 玻爾理論的優(yōu)點: 用量子化解釋了氫原子的結(jié)構(gòu)和氫光譜的關(guān)系.指出原子結(jié)構(gòu)量子化的特征 3. 玻爾理論的缺點 沒有考慮電子運動的另一重要特性-波粒二 象性 解釋多電子原子的光譜和光譜線在磁場中的 分裂，譜線的強度等實驗結(jié)果時遇到了難于 解決的困難 第十六張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月四. 核外電子運動狀態(tài)的描述 （量子力學(xué)理論）1.波函數(shù)薛定諤方程x,y,z為粒子在空間的直角坐標, m為微粒質(zhì)量 E為總能量即粒子的動能和勢能之和 V是勢能即核與電子的吸收能 波函數(shù):描述核外電子空間運動的數(shù)學(xué)表達式,它 實際上表示電子波的振幅與坐標的函數(shù). 第十七張，PPT共

9、一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月薛定諤方程的解(1) 每一個波函數(shù)代表電子的一種運動狀態(tài) (2) |2代表電子的幾率密度(3) 每一個波函數(shù)代表一個原子軌道例如: 1S稱為1S原子軌道，簡稱1S軌道 表示電子處于1S軌道的運動狀態(tài)第十八張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 幾率和幾率密度幾率: 電子在某一區(qū)域出現(xiàn)的機會叫幾率。幾率密度:是指電子在核外空間某處單位 體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率 幾率=幾率密度體積解釋電子衍射現(xiàn)象 明紋：幾率大 暗紋：幾率小(r,)|2可以代表電子在空間某點(r,)出現(xiàn)的幾率密度 第十九張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 電子云 電子在核外空間

10、出現(xiàn)的幾率密度分布的形象化描述稱為電子云 |n,m(r,)|2 = |Rn,(r)|2|Y,m(,)|2電子云的形狀電子云在空間的取向 第二十張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月4. 幾率密度分布的幾種表示方法(1) 電子云圖 (2) 等幾率密度面圖：幾率密度|2相等的各點連接起來得到的曲面(3) 界面圖：把95%以上的電子云包括進去的等密度面。第二十一張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(4) 徑向幾率密度圖 幾率密度（|2）與離核距離（r）的關(guān)系可用|2r圖來表示 例如氫原子基態(tài)IS |IS|2=A21 e-2Br ， |IS|2只是r的函數(shù)第二十二張，PPT共一百四十

11、七頁，創(chuàng)作于2022年6月 波函數(shù)包含三個常量和三個變量，它的一般形式為： n,m（x,y,z） n,m為常量x,y,z為變量 采用數(shù)學(xué)上的坐標變換和變量分離的方法處理。用球坐標(r,)代替直坐標(x,y,z),并進行變量分離，則波函數(shù)變?yōu)橄铝行问剑?n,m(x,y,z)=n,m(r,)=Rn,(r)Y,m(,) R(r)：波函數(shù)的徑向部分，只隨電子離核距 離(r)的不同而變化 Y(,)：波函數(shù)的角度部分,它隨角度(,)而變化. 5. 波函數(shù)的空間圖形第二十三張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月直角坐標與球坐標兩者的關(guān)系為x = r sin cos y = r sin sin z =

12、 r cos 坐標變換后，得到的球坐標體系的 Schrdinger 方程為 yxoPPr第二十四張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月進行變量分離：三個分別只含一個變量的常微分方程第二十五張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月例如一些解的形式: 每一特定狀態(tài)就有一個相應(yīng)的波函數(shù)和相應(yīng)的能量E。如有1s，2s，2p，3d，4f等核外空間狀態(tài)，就有1s，2s，2p，3d，4f和E1s，E2s，E2p，E3d，E4f與其相對應(yīng)。第二十六張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(1) 徑向分布 D(r) 原子軌道的徑向分布圖表示在任意指定方向(或角度)上,距核為r處的某點的波函數(shù)

13、數(shù)值的相對大小.它與常量n和都有關(guān).(氫原子部分軌道的波函數(shù)徑向分布圖 )第二十七張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 D(r):描述電子距核半徑為r附近的單位厚度球 殼層內(nèi)電子出現(xiàn)的幾率 |2:電子在核外空間某點單位體積的幾率 由電子幾率的徑向分布圖可以看出核外電子 是按層分布的。 注意:第二十八張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 角度分布 原子軌道的角度分布圖s,p,d三種原子軌道的角度分布圖形 第二十九張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 電子云的角度分布圖s,p,d軌道電子云的角度分布圖 第三十張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 |2比

14、瘦些，因的角度分布函數(shù)值小于1， 為小數(shù)，|2值更小。 原子軌道的角度分布圖有正，負，而電子云 |2的角度分布圖無正，負之分 第三十一張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月6. 四個量子數(shù)(1) 主量子數(shù)（n） 主量子數(shù)n是決定原子中電子能量以及離核的平均距離的主要因素. n ： 1 2 3 4 5 6 7 光譜符號： K L M N O P Q 氫原子和類氫離子的能量公式：E = -13.6 Z2n2eVn 決定氫原子和類氫離子中電子的能量 E第三十二張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 角量子數(shù)（l）角量子數(shù)l ：是確定原子軌道的形狀并在多電子原子 中和n一起決定電

15、子的能級的量子數(shù). 的取值要求: l =0,1,2,(n-1)的正整數(shù) l ： 0、1、2、3、4(n-1) 共n個取值 光譜符號 ：s、p、d、f、g電子繞核運動的角動量(M)的大小也是量子化的，其絕對值由角量子數(shù) l決定：第三十三張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月當(dāng)L不同時,原子軌道的形狀就不同。 每一個電子層中有幾種形狀的原子軌道 與n有關(guān)，n是幾，就有幾種形狀 。主量子數(shù) n=1n=2n=3n=4角量子數(shù) =0=0,1=0,1,2=0,1,2,3軌道類型 1s2s,2p3s,3p,3d4s,4p,4d,4f n和都相同的電子具有相同的能量,構(gòu)成一個能級(又稱亞層)，n等于幾

16、,這層就有幾個能級 第三十四張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 多電子原子中電子的能量決定于主量子數(shù) n和角量子數(shù)l。n相同，l 不同時： E4SE4pE4dE4f單電子原子如：氫原子 n不同，l 相同時： E1SE2SE3SE4S n相同，l 不同時： E4SE4pE4dE4f 第三十五張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(3) 磁量子數(shù) ：決定原子軌道或電子云在空間 的伸展方向。m的取值要求:m=0,+1,+2,+. 每種形狀的原子軌道或電子云共有(2+1)個空間取向,而每一種空間取向就是一條原子軌道,即有(2+1)條原子軌道. m軌道類型空間取向數(shù) 00s軌道一種1

17、-1，0，+1p軌道三種2-2，-1，0，+1，+2d軌道五種3-3，-2，-1，0，+1，+2，+3f軌道七種第三十六張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 磁量子數(shù)m與電子的能量無關(guān) 簡并軌道: n和l相同而m不同的各原子軌道， 簡并軌道是能量相同的原子軌道順時針和逆時針,“”和“”ms=+1/2(順)和ms=-1/2(逆)(4) 自旋量子數(shù)ms 需要4個量子數(shù)n、l、m、ms才能全面確定電子的一種運動狀態(tài) 第三十七張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月n=444444l=111111m=-1-100+1+1ms=+1/2-1/2+1/2-1/2+1/2-1/2例題: 用四

18、個量子數(shù)描述 n = 4, l = 1 的所有電子的 運動狀態(tài)。 解: 對于確定的l = 1, 對應(yīng)的有 m = -1, 0, +1 有三條軌道, 每條軌道容納兩個自旋方向相反的電子, 所以有 32 = 6 個電子的運動狀態(tài)分別為: 第三十八張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月5-2 原子核外電子的排布和周期系一. 原子軌道的能級1.單電子原子的能級: E只與主量子數(shù)n有關(guān)E=-13.6(eV)E1SE2SE3SE4SEns =Enp= End 2.多電子原子的能級: E決定于n和l(1) n不同，l相同 n E E1SE2SE3SE4S(2) n相同，l不同 l E E3SE3pE

19、3d(3) n和 l都不相同E4SE3d 出現(xiàn)“能級交錯”現(xiàn)象第三十九張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(1) 屏蔽效應(yīng) 由于電子對另一電子的排斥而抵消了一部分核電荷對電子的吸引力的作用稱為屏蔽作用(或效應(yīng)), 把被其他電子屏蔽后的核電荷稱為有效核電荷.用符號Z*表示 Z*=Z- Z為未屏蔽時的核電荷數(shù)(即原子序數(shù)),稱為屏蔽系數(shù). 值越大,表示目標電子受到的屏蔽作用就越大. E=-13.6 (Z-/n2)(eV) 多電子原子中每一個電子允許的能量 第四十張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 的求算：斯萊脫（Slater）規(guī)則，電子分成如下幾組： (1S)，(2S、2P)

20、、(3S、3P)，(3d)，(4S、4P)，(4d)，(4f)，(5S、5P)余類推a) 右邊各組不屏蔽左邊各組的電子 =0b)同組電子互相屏蔽=0.35(1s-1s，=0.30) c)（n-1）電子層屏蔽ns，np， =0.85；小于 （n-1）電子層屏蔽ns，np， =1.00d)左邊各組電子屏蔽nd，nf ， =1.00第四十一張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月例2,計算K原子中一個3d和一個4S電子的能量。K :1S22S22P63S23P6(3d14S1)解:如果價電子在3d軌道上，則： 3d=181=18 , Z*=Z-=1.00 E3d=-13.6(12/32)=-1

21、.51 eV如果價電子排在4S軌道上，則： 4S=0.858+101=16.8， Z*=2.20E4S=-13.6 (2.20/4)2=-4.114 eV E4S E3d第四十二張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月例3:分別計算 Ti 原子中其它電子對一個 3p 電子和一個 3d 電子的屏蔽常數(shù) 。并分別計算 E3p 和 E3d 。解：屏蔽常數(shù) 的值可由所有屏蔽電子對 的貢獻值相加而得。Ti 原子的電子結(jié)構(gòu)式為 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2 3p =（0.35 7）+（0.85 8）+（1.00 2）= 11.253d =（0.35 1）+（1.00 18）

22、= 18.35將 3p 和 3d 分別代入公式 中，計算得 E3p = 174.63 eVE3d = 20.13 eV第四十三張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(2)鉆穿效應(yīng)： n相同，l不同：（3s,3p,3d）l越小，峰個數(shù)越 多，第一個小峰離核越近，電子運動在核附近的 機會多，能量低。 EnSEnpEnd 外層電子有機會鉆到內(nèi)部空間而靠近原子核的現(xiàn)象，通常稱為鉆穿作用 由于電子的鉆穿作用的不同而使其能量發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為鉆穿效應(yīng)。 n不同，l不同：4s,3d 決定E高低有兩個因素n大：E高l?。恒@穿效應(yīng)強，E低第四十四張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月鉆穿效應(yīng)的

23、影響 由于鉆穿效應(yīng)的存在，會使得一些能量相近的能級發(fā)生交錯現(xiàn)象。n=45 EnS E(n-1)dEnpn=67 EnS E(n-2)f E(n-1)dEnp3d和4s軌道的幾率徑向分布圖 第四十五張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 鮑林的原子軌道近似能級圖軌道填充順序圖 第四十六張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月4. 徐光憲規(guī)則對于一個能級，其（n + 0.7 l ）值越大，則能量越高。而且該能級所在能級組的組數(shù)，就是（n + 0.7 l ）的整數(shù)部分。以第七能級組為例進行討論7 p （n + 0.7 l ）= 7 + 0.7 1 = 7.76 d （n + 0.7

24、 l ）= 6 + 0.7 2 = 7.45 f （n + 0.7 l ）= 5 + 0.7 3 = 7.17 s （n + 0.7 l ）= 7 + 0.7 0 = 7.0因此，各能級均屬于第七能級組，能級順序為E7s E5f E6d E7p 這一規(guī)則稱為 n + 0.7 l 規(guī)則。第四十七張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月5. 科頓原子軌道能級圖原子軌道能量隨原子序數(shù)的變化圖 原子序數(shù)為 1 的 H 元素，其主量子數(shù) n 相同的原子軌道的能量相等，即不發(fā)生能級分裂。隨著原子序數(shù)的增大，各原子軌道的能量逐漸降低。由于角量子數(shù) l 不同的軌道能量降低的幅度不一致，引起了能級分裂，即

25、E ns E np E nd E nf第四十八張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月從圖中可以得出如下結(jié)論 氫原子（Z=1），能量取決于n Ens=Enp=End 隨著原子序數(shù)的增大，原子軌道的能量逐 漸降低。 Z=1-14: E3dE4S Z21 E3dE4S第四十九張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二.核外電子排布的三條原則1. 能量最低原理 能量最低原理基態(tài)原子是處于最低能量狀態(tài)的原子。能量最低原理認為，基態(tài)原子核外電子的排布力求使整個原子的能量處于最低狀態(tài)。隨核電荷數(shù)遞增，大多數(shù)元素的電中性基態(tài)原子的電子按如下順序填入核外電子運動軌道，叫做構(gòu)造原理。電子先填最外層的

26、ns，后填次外層的(n-1)d，甚至填入倒數(shù)第三層的(n-2)f的規(guī)律叫做“能級交錯”。請注意：能級交錯現(xiàn)象是電子隨核電荷遞增填充電子次序上的交錯,并不意味著先填能級的能量一定比后填能級的能量低。第五十張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月隨核電荷數(shù)遞增,電子每一次從填入ns能級開始到填滿np能級,稱為建立一個周期，于是有： 周期: ns開始np結(jié)束 同周期元素的數(shù)目 第一周期：1s2 第二周期：2s，2p8 第三周期：3s，3p8 第四周期：4s，3d，4p18 第五周期：5s，4d，5p18 第六周期：6s，4f，5d，6p32 第七周期：7s，5f，5d，. ? 第3章 原子結(jié)構(gòu)

27、第五十一張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.泡里不相容原理 (1)泡利原理基態(tài)多電子原子中不可能同時存在4個量子數(shù)完全相同的電子。或，在一個軌道里最多只能容納2個電子，它們的自旋方向相反。n 1 2 3 4 .n軌道數(shù) 1 4 9 16 n2電子數(shù) 2 8 18 32 2 n2第五十二張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 (1)洪特規(guī)則基態(tài)多電子原子中同一能級的軌道能量相等，稱為簡并軌道；基態(tài)多電子原子的電子總是首先自旋平行地、單獨地填入簡并軌道。2. 洪特規(guī)則(2)洪特規(guī)則特例： 對于等價軌道當(dāng)是半充滿，全充滿或全空時， 能量最低。半充滿 p3 d5 f7 全充滿

28、p6 d10 f14 全 空 p0 d0 f0 第五十三張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月三. 原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系1. 原子的電子層結(jié)構(gòu)兩種表示方法：軌道表示式 電子排布式 用一條下劃短線_或以及表示一條原子軌道和用上下箭頭分別表示兩種不同自旋方向的電子.如氧原子的軌道排布圖. (1) 軌道表示式1s 2s 2p 第五十四張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(2) 電子排布式根據(jù)電子排布的三原則，可以寫出電子結(jié)構(gòu)式。 Z = 11 鈉原子， 其電子結(jié)構(gòu)式為 1s2 2s2 2p6 3s1 Z = 19 鉀原子， 其電子結(jié)構(gòu)式為 1s2 2s2 2p6 3s2 3

29、p6 4s1 為了避免電子結(jié)構(gòu)式過長，通常把內(nèi)層電子已達到稀有氣體結(jié)構(gòu)的部分寫成稀有氣體的元素符號外加方括號的形式來表示，這部分稱為“原子實”。鉀的電子結(jié)構(gòu)式也可以表示為 Ar 4s1。第五十五張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月核外電子排布的三原則，只是一般的規(guī)律，以光譜實驗結(jié)果為準基態(tài)原子電子組態(tài)1 氫H 1s12 氦He 1s23 鋰Li He 2s14 鈹Be He 2s25 硼B(yǎng) He 2s22p16 碳C He 2s22p27 氮N He 2s22p38 氧O He 2s22p49 氟F He 2s22p510氖Ne 1s2 2s22p611鈉Na Ne 3s112鎂Mg

30、 Ne 3s213鋁Al Ne 3s23p114硅Si Ne 3s23p2 15磷P Ne 3s23p3 16硫S Ne 3s23p4 17氯Cl Ne 3s23p5 18氬Ar 1s22s22p63s23p6 19鉀K Ar 4s120鈣Ca Ar 4s221鈧Sc Ar 3d14s222鈦Ti Ar 3d24s223釩V Ar 3d34s224鉻Cr* Ar 3d54s125錳Mn Ar 3d54s226鐵Fe Ar 3d64s227鈷Co Ar 3d74s228鎳Ni Ar 3d84s2“電子仁”或“電子實”價電子層 價層電子 不符合構(gòu)造原理 第五十六張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于20

31、22年6月基態(tài)原子電子組態(tài)表： 基態(tài)電中性原子的電子組態(tài)29銅Cu*Ar 3d104s130鋅Zn Ar 3d104s231鎵Ga Ar 3d104s24p132鍺Ge Ar 3d104s24p233砷As Ar 3d104s24p334硒Se Ar 3d104s24p435溴Br Ar 3d104s24p536氪Kr Ar 3d104s24p637銣Rb Kr 5s138鍶Sr Kr 5s239釔Y Kr 4d15s240鋯Zr Kr 4d25s241鈮Nb*Kr 4d45s142鉬Mo*Kr 4d55s143锝Tc Kr 4d55s244釕Ru*Kr 4d75s145銠Rh*Kr 4d85

32、s146鈀Pd*Kr 4d1047銀Ag*Kr 4d105s148鎘Cd Kr 4d105s249銦In Kr 4d105s25p150錫Sn Kr 4d105s25p251銻Sb Kr 4d105s25p352碲Te Kr 4d105s25p453碘I Kr4d105s25p554氙Xe Kr 4d105s25p655銫Cs Xe 6s156鋇Ba Xe 6s2第五十七張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月基態(tài)原子電子組態(tài)表： 基態(tài)電中性原子的電子組態(tài)57鑭La*Xe 5d16s258鈰Ce*Xe 4f15d16s259鐠Pr Xe 4f36s260釹Nd Xe 4f46s261钷P

33、m Xe 4f56s262釤Sm Xe 4f66s263銪Eu Xe 4f76s264釓Gd*Xe 4f75d16s265鋱Tb Xe 4f96s266鏑Dy Xe 4f106s267鈥Ho Xe 4f116s268鉺Er Xe 4f126s269銩Tm Xe 4f136s270鐿Yb Xe 4f146s271镥Lu Xe 4f145d16s272鉿Hf Xe 4f145d26s273鉭Ta Xe 4f145d36s274鎢W Xe 4f145d46s275錸Re Xe 4f145d56s276鋨Os Xe 4f145d66s277銥Ir Xe 4f145d76s278鉑Pt* Xe 4f14

34、5d96s179金Au*Xe 4f145d106s180汞Hg Xe 4f145d106s281鉈Tl Xe 4f145d106s26p182鉛Pb Xe 4f145d106s26p283鉍Bi Xe 4f145d106s26p384釙Po Xe 4f145d106s26p4第五十八張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 周期與能級組的關(guān)系周期序數(shù)=原子最高能級組序數(shù)=電子層數(shù)= 最外電子層的主量子數(shù)(2) 周期中元素數(shù)目=相應(yīng)最高能級組內(nèi)容納的 最大電子總數(shù)例如:20Ca的外電子層結(jié)構(gòu)為4S2 n=4,故Ca處于第四周期， 第五能級組內(nèi)5S,4d和5P軌道總共可容納 18個電子，

35、故第五周期共有18種元素。第五十九張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 族第六十張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(1) 周期表中有七個A 族，位于表的第 1、2、 13、14、15、16 和 17 列，A 族也叫主族。主族從 IA 到 VIIA，最后一個電子填入 ns 或 np 軌道，其族數(shù)等于價電子總數(shù)。 (2)周期表有七個 B 族,位于第 3、4、5、6、7、11 和 12 列，B 族也叫副族。副族元素從 IB 到 VIIB，最后一個電子多數(shù)填入( n1)d 軌道，其族數(shù)通常等于最高能級組中的電子總數(shù)。 (3) 有零族元素，它是稀有氣體，其電子構(gòu)型呈穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。還

36、有 VIII 族，它包括了 8、9 和 10 三列元素，其最后一個電子也填在 ( n1)d 軌道，它們最高能級組中的電子總數(shù)是 8 到 10，電子構(gòu)型是 ( n1)d 6-10 ns0-2。 第六十一張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月4. 元素的分區(qū)第六十二張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(1) s 區(qū)元素 ,包括 IA族，IIA 族。其價層電子構(gòu)型為 ns12，屬于活潑金屬。(2) p 區(qū)元素,包括 IIIA族，IVA 族，VA 族，VIA 族，VIIA 族，0 族（也稱為VIII A族）。其價層電子構(gòu)型為 ns2 np16。(3) d 區(qū)元素,包括 IIIB 族，

37、IVB 族，VB 族，VIB 族，VIIB 族和VIII 族。其價層電子構(gòu)型一般為 (n-1)d110ns02。 (4) ds 區(qū)元素，包括 IB 族和 IIB 族，過渡 金屬,價層電子構(gòu)型為 ( n- 1 )d10ns12 (5) f區(qū)元素，包括鑭系和錒系元素，價層電子構(gòu)型為 (n 2)f014 (n1)d02 ns2 第六十三張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月5. 原子的電子層結(jié)構(gòu)和族的關(guān)系(1) 主族族數(shù)=最外層電子數(shù)(2) 副族族數(shù)=(n-1)dns的電子數(shù)(3) IB和B族數(shù)=最外層（ns層）電子數(shù)第六十四張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月例3已知某元素位于周

38、期表中第四周期第 B族，試寫出它的電子排布式解：根據(jù)題意：該元素的原子有4個電子層和5 個價電子（d+s）電子能級組 : 一 二 三 四 電子數(shù): 2 8 8 4S23d3Ar 3d34S2 為釩 例1已知某元素原子序數(shù)為21，試指出它屬于 哪一周期，哪一族，什么區(qū)，什么元素？解：21 1S22S22P63S23P63d14S2 Ar3d14S2 該元素屬第四周期 B 鈧Sc第六十五張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月四、 元素基本性質(zhì)的周期性1. 原子半徑 單質(zhì)中兩個相同原子核間距離的一半 （1）共價半徑： 兩個相同原子以共價單鍵結(jié)合其核間距的一半。M2分子的共價半徑(d/2) 第

39、六十六張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月非金屬元素原子的共價半徑r共(單位pm)原子單鍵雙鍵叁鍵原子單鍵雙鍵B887668Se117107C776760Te137127N706055F6454P11010093Cl9989As121111Br114.2104O665551I133.3123S1049487第六十七張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月金屬晶體中相鄰原子核間距的一半。（2） 金屬半徑： 金屬原子的密堆集緊密程度不同，其求得的金屬半徑也不同，引入金屬半徑的校正系數(shù) 配位數(shù)12864校正系數(shù)1.00（標準）0.980.960.80第六十八張，PPT共一百四十七頁，

40、創(chuàng)作于2022年6月相鄰兩分子的兩個原子核間距的一半（3） 范德華半徑：圖 r范,r共示意圖(r共=d1/2,r范=d2/2)r共價 r金屬 r范rMn+ rM2.0 非金屬，X雙鍵單鍵 C-C 348 kJmol-1 E(C=C)=612 kJmol-1 E(CC)=837 kJmol-1一個鍵 一個鍵 一個鍵 一個鍵 兩個鍵() 同核：成鍵原子核間距離越大，鍵能越小 Cl2 Br2 I2 E(X-X)242193151 kJmol-1異核：電負性差越大，鍵能越大 HF HG HBr HI X 從 大 到 小 E(H-X) 562 431 366 299 kJmol-1意義：鍵能越大，鍵越牢

41、固，分子穩(wěn)定性越高。第八十六張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(6) 鍵的極性a.正負電荷重心 重合非極性鍵 H2 、 O2b. 不重合極性鍵 X-Y X越大，鍵的極性越大 X=0 非極性鍵 X不大 極性鍵 X很大離子鍵 X1.7 離子性 %50% 屬離子鍵第八十七張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、離子鍵理論1. 正、負離子間通過靜電作用所形成的化學(xué)鍵稱為離子鍵 八隅律 活潑金屬原子通過得失電子而達到穩(wěn)定電子構(gòu)型即稀有氣體的8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu) Cl:Cl:Cl:Cl:CN N:違背八隅體規(guī)則的例子：BF3,PCl5,SF6等。Cl:Cl:Cl:Cl:CN N:違背八隅體

42、規(guī)則的例子：BF3,PCl5,SF6等。Cl:Cl:Cl:Cl:CN N:第八十八張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(1) 從電負性差的角度: X1.7 形成離子鍵NaCl 電子構(gòu)型: NaNe3S1ClNe3S23P5（XNa=0.9） (XCl=3.0)X=2.11.7(2) 從能量角度 V = V吸引 + V排斥 當(dāng)正、負離子靠近并抵達平衡距離r0，體系能量最低，形成離子鍵2.形成過程第八十九張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 離子鍵的特點（1）本質(zhì)為正、負離子之間的靜電作用力 離子所帶電荷越高,則離子間吸引力越大,即離子鍵越強;而正負離子之間的核間距越小,F

43、就越大,則離子鍵越強. q+和q-分別為正負離子所帶的電荷數(shù),d為離子核間距,d=r+r- 。由上式可知:2. 特點沒有方向性沒有飽和性第九十張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月4. 離子的特征（1） 離子電荷 正: 簡單陽離子的電荷數(shù)是其原子失去電子的數(shù)目，一 般有+1，+2，+3價正離子負: 簡單負離子的電荷數(shù)是其原子獲得電子的數(shù)目。一 般有 -1，-2，-3價負離子 在離子晶體中,兩個離子的平均核間距d等于正負離子的半徑之和.核間距d可由X-射線衍射測得.如果已知其中任一個離子的半徑,則另一個就可求得.一般常用鮑林的數(shù)據(jù),以F-離子的半徑133pm或O2-半徑140pm為根據(jù)來

44、求算其它離子的半徑. （2） 離子半徑的定義 第九十一張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月1. 主族元素:從上到下相同電荷數(shù)的離子的半徑依次增大.如: Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+2. 同一周期:主族元素隨著族數(shù)遞增,正離子的電荷數(shù)增大,離 子半徑依次 減小.如：Na+Mg2+Al3+.3. 同一元素:能形成幾種不同電荷的正離子時,則高價離子的 半徑小于低價離子的半徑. 如: rFe3+(60pm)rFe2+(75pm)4. 一般負離子的半徑較大,約為130-250pm,正離子的半徑較小, 約為10-170pm 離子半徑在周期表中的變化規(guī)律第九十二張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)

45、作于2022年6月5. 周期表中處于相鄰族的左上方和右下方斜對角線上的正離子半徑近似相等. Li+(60pm)Mg2+(65pm)； Sc3+(81pm)Zr4+(80pm)；Na+(95pm)Ca2+(99pm). 由于離子半徑是決定離子間引力大小的重要因素,因此離子半徑的大小對離子化合物性質(zhì)有顯著影響.離子半徑越小離子間的引力越大,要打斷它們所需的能量就越大,因此離子化合物的熔沸點也就越高. 例如:第九十三張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（3） 離子的外電子層構(gòu)型a.2電子構(gòu)型:最外層有2個電子的離子.如Li+,Be2+,H-等.b. 8電子構(gòu)型:最外層有8個電子的離子.如N

46、a+,Cl-,O2- Ca2+等.c. 18電子構(gòu)型:最外層有18個電子的離子. 如 Zn2+,Cd2+,Hg2+,Cu+,Ag+等.d. (18+2)電子構(gòu)型:次外層為18個電子,最外層為2個電子 的離子.如Pb2+和Sn2+等.e. 9-17電子構(gòu)型:最外層有9-17個電子的離子.如過渡金屬 的離子,Fe2+,Cr3+,Mn2+等. 8電子構(gòu)型的離子9-17電子構(gòu)型的離子w-ss-s (w為電負性弱的配位原 子，s為電負性強的配位原子) ，如SO2F2（F-S F98）SO2Cl2（ClSCl102） e. 中心原子的全充滿價層里的鍵合電子之間的斥力 大于處于中心原子的未充滿價層里鍵合電子

47、間的 斥力 第一百二十七張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月三、 分子間作用力1.分子的極性與偶極矩共價鍵有非極性鍵與極性鍵之分。由共價鍵構(gòu)建的分子有非極性分子與極性分子之分?！皹O性”是一個電學(xué)概念。度量極性的物理量叫做偶極矩(m)。偶極矩是偶極子兩極(帶相同電量的正電端和負電端)的電量，即電偶極子的電量q，和偶極子兩極的距離偶極長l的乘積(m=qXl)。偶極子與偶極矩(m=qXl)第一百二十八張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月偶極矩m=0的共價鍵叫做非極性共價鍵；偶極矩m0的共價鍵叫做極性共價鍵。偶極矩m=0的分子叫做極性分子;偶極矩m0的分子叫做非極性分子。同核雙原子

48、分子的實測偶極矩都等于零，是非極性分子。異核雙原子分子HF、HCl、HBr、HI的極 性依次增大。測定偶極矩可用來判別分子的幾何構(gòu)型。化學(xué)鍵的偶極矩單位德拜，1D=1018esucm。第一百二十九張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月 分子的磁性(1) 抗（反）磁性物質(zhì)：分子內(nèi)電子均已成對(2) 順磁性物質(zhì):有未成對電子 (3) 鐵磁性物質(zhì):有未成對電子，磁性強 根據(jù)磁天平測定各種物質(zhì)的磁性，通過如下公式，可以算出未成對電子數(shù)的數(shù)目= 為磁矩，單位為爾磁子（B、M），n為未成對電子數(shù) 第一百三十張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 分子間作用力 （1）取向力 當(dāng)極性分子和

49、極性分子相互接近時,它們的固有偶極同極 相斥而異極相吸,就使得極性分子定向排列,因而產(chǎn)生的 分子間的作用力叫取向力。 極性分子的偶極矩越大,取向力越大. 存在于極性分子與極性分子之間. 極性分子與極性分子之間的取向力 分子的極性越大，取向力越大，溫度越高，取向力越小第一百三十一張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（2） 誘導(dǎo)力 當(dāng)極性分子和非極性分子相接近時，非極性分子在極性分子 的固有偶極的作用下發(fā)生極化而產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。誘導(dǎo)偶極與 極性分子的固有偶極相互吸引而產(chǎn)生的作用力稱為誘導(dǎo)力。 存在于極性分子與非極性分子之間，極性分子與極性分子 之間。極性與極性和極性與非極性分子之間的誘導(dǎo)力

50、 第一百三十二張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）色散力 靠瞬時偶極產(chǎn)生的作用力叫色散力。 存在于極性分子與極性分子之間，極性分子與非極性分 子之間以及非極性分子與非極性分子之間。 分子體積越大,越易變形,也即分子量越大,色散力就越大. 色散力的方向是多變的(沒有方向性). 第一百三十三張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（4）分子間作用力的特點作用范圍很小，只有幾pm的距離，不具有方向 性和飽和性 作用力較弱 范德華力有三種 極性分子極性分子：取向力誘導(dǎo)力色散力 極性分子非極性分子：誘導(dǎo)力色散力非極性分子非極性分子：色散力 一般以色散力為主，強極性分子（如H2O、NH3）取向力占主要位置第一百三十四張，PPT共一百四十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（5）分子間力對物質(zhì)性質(zhì)的影響熔沸點: 同類物質(zhì)的熔沸點（都屬分子型