工科基礎(chǔ)化學(xué)(第二章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ))

1、第二章,物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),第二章主要內(nèi)容,2.1 物質(zhì)的狀態(tài) 2.2 原子結(jié)構(gòu)和元素周期律 2.3 化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu) 2.4 元素化學(xué),結(jié)構(gòu)化學(xué)：研究原子、分子和晶體的微觀結(jié)構(gòu)及物質(zhì)的性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系的科學(xué)。 根據(jù)結(jié)構(gòu)決定性能，性能反映結(jié)構(gòu)的基本原則，探討物質(zhì)的性能與結(jié)構(gòu)間的關(guān)系！ 主要涉及：原子中電子的分布與能級(jí)；分子化學(xué)組成；分子的空間構(gòu)型，分子中電子的分布，化學(xué)鍵本質(zhì)與分子的能量狀態(tài)等,第二章 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),2.1 物質(zhì)的狀態(tài),2.1.1 氣體 2.1.2 液體 2.1.3 固體 2.1.4 等離子體 2.1.5 中子態(tài) 2.1.6 液晶,2.1.1 氣體,聚集狀態(tài)為氣態(tài)的物質(zhì)稱(chēng)為氣體。 氣

2、體的基本特征： 無(wú)限的可膨脹性，沒(méi)有固定的幾何形狀與體積； 明顯的可壓縮性； 無(wú)限的摻混性,1）理想氣體狀態(tài)方程,理想氣體：氣體中的分子可以看成一個(gè)點(diǎn)，只有位置，沒(méi)有體積，同時(shí)分子間沒(méi)有相互作用力。 pV=nRT p ：壓力，Pa； V ：體積，m3； n：摩爾數(shù)，mole； R：摩爾氣體常數(shù)8.314 Jmol-1K-1； T ：溫度，K,2.1.1 氣體,2）道爾頓的理想氣體定律,分壓Pi ：相同T下，混合氣體中某一種氣體單獨(dú)達(dá)到與混合氣體同樣的體積V時(shí)的壓力。 分體積Vi：相同T下，混合氣體中某一種氣體單獨(dú)達(dá)到與混合氣體同樣的壓力P時(shí)的體積,2.1.1 氣體,3）實(shí)際氣體狀態(tài)方程,V實(shí)際

3、 V理想，p實(shí)際 p理想 實(shí)際氣體狀態(tài)方程： a、b：范德華常數(shù),2.1.1 氣體,2.1.2 液體,聚集狀態(tài)為液態(tài)的物質(zhì)稱(chēng)為液體。 液體的基本特征： 固定的體積與可變的形狀； 基本上不可壓縮，膨脹系數(shù)小； 流動(dòng)性；摻混性； 毛細(xì)現(xiàn)象； 液體表面具有表面張力,注意以下幾個(gè)概念：（p12,飽和蒸氣與飽和蒸氣壓 沸點(diǎn) 臨界溫度（Tc） 臨界壓力（ pc ） 臨界體積（ Vc,2.1.2 液體,2.1.3 固體,聚集狀態(tài)為固態(tài)的物質(zhì)稱(chēng)為固體。 固體有一定的幾何外形，晶態(tài)固體（晶體）具有一定的熔點(diǎn)。自然界中大多數(shù)固體物質(zhì)為晶體,2.1.4 等離子體 (p13,將氣體物質(zhì)施以高溫、電磁場(chǎng)、放電、高能磁場(chǎng)

4、、熱核反應(yīng)等作用，氣態(tài)原子部分電離成離子和自由電子，形成凈電荷數(shù)為零，由自由電子、原子和離子組成的密度小、能導(dǎo)電的聚集體。 等離子體富集了離子、電子、激發(fā)態(tài)的原子、分子和自由基，具有較高的化學(xué)活性，利于發(fā)生高能量、高密度的化學(xué)反應(yīng),2.1.5 中子態(tài),金屬態(tài)物質(zhì)在高壓或超高壓下，核外電子被壓縮進(jìn)入原子核，電子與質(zhì)子結(jié)合成中子，形成中子態(tài)。此時(shí)體積很小，密度極大。 宇宙中的“中子星”就是密度極大的星體,2.1.6 液晶,某些物質(zhì)在由各向異性的晶態(tài)熔化轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蛲缘囊后w過(guò)程中，經(jīng)歷的各向異性的液體狀態(tài)。具有特殊的電、磁、光特性。 液晶光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)使液晶工業(yè)得到了飛速的發(fā)展，已成為顯示工業(yè)的重要

5、組成部分,2.2 原子結(jié)構(gòu)和元素周期律,2.2.1 原子的基本結(jié)構(gòu) 2.2.2 單電子原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2.2.3 多電子原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2.2.4 元素周期律,通常講，物質(zhì)由分子組成，分子由原子組成。所以，研究物質(zhì)的性質(zhì)以及物質(zhì)之間的化學(xué)變化（化學(xué)反應(yīng)） 就必須從研究原子本身的結(jié)構(gòu)開(kāi)始。 另外，在物質(zhì)的化學(xué)變化過(guò)程（化學(xué)反應(yīng)）中。原子核并不發(fā)生改變（核反應(yīng)除外），只是核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化。所以研究原子的結(jié)構(gòu)應(yīng)主要研究其核外電子的運(yùn)動(dòng),2.2 原子結(jié)構(gòu)和元素周期律,宏觀物體的運(yùn)動(dòng)特征：可描繪出它們的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以確定它們某一時(shí)刻的位置和速度。 微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征：經(jīng)歷了從經(jīng)

6、典到現(xiàn)代的不斷認(rèn)識(shí)的過(guò)程。認(rèn)識(shí)水平與當(dāng)時(shí)理論科學(xué)的發(fā)展程度是密切相關(guān)的。 原子核及核外電子的模型,2.2 原子結(jié)構(gòu)和元素周期律,核電荷數(shù)質(zhì)子數(shù)核外電子數(shù)，原子直徑：約10-10m,2.2.1 原子的基本結(jié)構(gòu),2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展 2.2.1.2 原子的量子力學(xué)模型 2.2.1.3 四個(gè)量子數(shù),2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,J. Dalton的原子學(xué)說(shuō),1808年，英國(guó)中學(xué)教師道爾頓明確地提出了原子論，理論要點(diǎn)是：每一種化學(xué)元素有一種原子；同種原子質(zhì)量相同，不同種原子質(zhì)量不同；原子不可再分；一種原子不會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子；化學(xué)反應(yīng)只是改變了原子的結(jié)合方式。使反應(yīng)前的物質(zhì)變成反應(yīng)

7、后的物質(zhì)。道爾頓認(rèn)為原子是一個(gè)實(shí)心球體，不可再分,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,道爾頓用來(lái)表示原子的符號(hào)，是最早的元素符號(hào)。他給出的許多分子組成是錯(cuò)誤的。該理論仍極大地推動(dòng)了化學(xué)的發(fā)展,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,J.J.Thomson的原子“浸入模型,1895年11月8日，德國(guó)的倫琴發(fā)現(xiàn)了奇異的 X 射線，后來(lái)居里夫婦等對(duì)天然放射性的研究，以及1897年湯姆遜證明了射線是一種帶負(fù)電的微粒。表明任何物質(zhì)的原子都可放出帶負(fù)電荷的電子。由于整個(gè)原子是電中性的，因此，原子內(nèi)部一定帶等量電荷的正電微粒。那么，這些電荷是如何分布的,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,1898年，威廉 湯姆

8、遜認(rèn)為原子是由帶正電荷的球體及沉浸在這個(gè)正電荷球體里的電子所組成。電子均勻分布在原子內(nèi)，能自由地運(yùn)動(dòng)，并受到一個(gè)指向原子中心的電力作用。1904年，在W.湯姆遜模型的基礎(chǔ)上，J .J .湯姆遜認(rèn)為正電球中的電子是分布在一些同心球或同心球殼上，該模型俗稱(chēng)為 “葡萄干面包”模型,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,E.Rutherford的原子“含核模型,J.J.Thomson 的學(xué)生、英籍新西蘭物理學(xué)家盧瑟福用 粒子(He2+)轟擊金箔，發(fā)現(xiàn)粒子絕大多數(shù)不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)被折射或被反彈回來(lái)。說(shuō)明了原子中存在一個(gè)幾乎集中了全部原子質(zhì)量、而大小僅為原子大小萬(wàn)分之一的帶正電荷微粒，即原子核,2.2.

9、1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,盧瑟福的原子 “含核式模型”(1911年)：每個(gè)原子中心有一個(gè)帶正電荷的體積很小的原子核，核外為電子所環(huán)繞；原子核所帶的正電荷等于核外電子所帶的負(fù)電荷數(shù)；整個(gè)原子呈電中性，原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核上。 到此為止，在總結(jié)前人認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)時(shí)的最新發(fā)現(xiàn)，由盧瑟福提出的原子模型應(yīng)該是很完善的。該模型建立在Newton經(jīng)典力學(xué)理論基礎(chǔ)上。根據(jù)該理論，電子在運(yùn)動(dòng)速度改變時(shí)，要發(fā)射電磁波，能量降低。結(jié)果是：(1)發(fā)射光譜連續(xù)；(2)原子煙滅,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,連續(xù)光譜,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,H原子光

10、譜與波爾原子模型,氫原子被電弧激發(fā)時(shí)，能受激而發(fā)光這樣就形成了一個(gè)光源，將它的輻射線通過(guò)狹縫或棱鏡，可以分解為許多不連續(xù)的明亮的線條，稱(chēng)為原子光譜。氫原子光譜是最簡(jiǎn)單的原子光譜。氫原子光譜的譜線遵循下列經(jīng)驗(yàn)公式,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,1 /,RH為里德堡（Rydberg）常數(shù)，109677.581cm-1 n1,n2為正整數(shù)，n2n1,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,n1=1：紫外光譜區(qū)(Lyman系)；n1=2：可見(jiàn)光譜區(qū)(Balmer系)，n1=3：紅外光譜區(qū)(Paschen系)，n1=4：紅外光譜區(qū)(Brachet系)，n1=5：紅外光譜區(qū)(Pfund系,2.2.1.1

11、 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,H He Li Na Ba Hg Ne,普朗克（M. Planck）量子論（1900）黑體輻射研究,物質(zhì)只能按某常數(shù)的整數(shù)倍吸收或發(fā)射能量，因而物質(zhì)得失能量具有量子化的特征，即,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,h為普朗克常數(shù)，6.626075510-34Js 為頻率，n代表正整數(shù),愛(ài)因斯坦光子學(xué)說(shuō)（1905年）-光電效應(yīng)研究,愛(ài)因斯坦推廣了普朗克的量子論，提出了光子學(xué)說(shuō)。愛(ài)因斯坦的光子學(xué)說(shuō)認(rèn)為光輻射也有一個(gè)最小的單位叫光子，它是一種微觀粒子，其靜止質(zhì)量為零。它的能量服從E=h 的關(guān)系式。 光子說(shuō)很好的解釋了光的粒子性特點(diǎn)，并統(tǒng)一了光的粒子性與波動(dòng)性,2.2.1.1 原

12、子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,玻爾（N. Bohr）的原子模型第一次構(gòu)建完整的量子理論體系,在普朗克量子論，愛(ài)因斯坦光子說(shuō)，和盧瑟福的原子 模型的基礎(chǔ)上，1913年丹麥物理學(xué)家玻爾提出了基于量子化的原子模型“行星式模型”，并成功地解釋了氫原子結(jié)構(gòu)和氫原子光譜。在歷史上起過(guò)重大的推動(dòng)作用，它的某些核心的思想在量子力學(xué)中被保留了下來(lái),2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,波爾理論的基本觀點(diǎn)（假設(shè),a.原子核外的電子能沿著某些特定的圓形軌道繞核做加速運(yùn)動(dòng)。電子在穩(wěn)定軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)，不吸收、不幅射光子。穩(wěn)定的狀態(tài)稱(chēng)為定態(tài)，能量最低的定態(tài)稱(chēng)為基態(tài)，能量較高的定態(tài)稱(chēng)為激發(fā)態(tài)。 b. 核外電子運(yùn)動(dòng)的軌道角動(dòng)量(l)量子化(而

13、不是連續(xù)變化)：l = nh/2 (n = 1, 2, 3, 4 )，符合量子條件的“軌道” 為“穩(wěn)定軌道,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,c.電子在不同軌道之間躍遷時(shí)，會(huì)吸收或幅射光子，其能量取決于躍遷前后兩軌道的能量差： 真空中光速 c = 2.998108m.s-1，H原子Z=1，則有,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,玻爾理論的局限性： a.只限于解釋氫原子或類(lèi)氫離子（單電子體系）光譜，不能解釋多電子原子的光譜； b.人為地允許某些物理量（電子運(yùn)動(dòng)的軌道角動(dòng)量和電子能量）“量子化”，以修正經(jīng)典力學(xué)（牛頓力學(xué),2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,玻爾的革命是一次不徹底的革命,原子的

14、波動(dòng)力學(xué)模型,微觀粒子的波粒二象性： 光具有二象性的事實(shí)啟發(fā)人們進(jìn)一步思考其它微觀粒子如電子、質(zhì)子、中子等是否也具有二象性。1924年法國(guó)物理學(xué)家德布羅意（de Broglie)提出了物質(zhì)波的概念。物質(zhì)波的波長(zhǎng) 有,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,m為微粒的質(zhì)量，v為其運(yùn)動(dòng)速度，h為普朗克常數(shù),德布羅意的預(yù)言將微觀粒子的波長(zhǎng)、質(zhì)量m和運(yùn)動(dòng)速度v之間用普朗常數(shù)h聯(lián)系起來(lái)。 3年之后 (1927年)，C.J.Davisson(戴維遜)和L.S.Germer(革末)的電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電子運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)性-電子衍射圖是電子“波”互相干涉的結(jié)果，證實(shí)了de Broglie的預(yù)言,2.2.1.1 原子結(jié)

15、構(gòu)理論的發(fā)展,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,電子衍射圖譜（1927年,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,計(jì)算表明，宏觀物體的波長(zhǎng)太短，根本無(wú)法測(cè)量，也無(wú)法察覺(jué)，因此我們對(duì)宏觀物體不必考察其波動(dòng)性，而對(duì)高速運(yùn)動(dòng)著的質(zhì)量很小的微觀物體，如核外電子，就要考察其波動(dòng)性。 牛頓力學(xué)研究質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由F=ma，可求出加速度a。由公式： v1 = v0+at，s = v0t+1/2at2，可以同時(shí)測(cè)得某一時(shí)刻t 時(shí)質(zhì)點(diǎn)的位置，速度和動(dòng)量,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,測(cè)不準(zhǔn)原理,在經(jīng)典力學(xué)中，通常用粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量來(lái)描述它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，坐標(biāo)和動(dòng)量可以同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定。微觀粒子具有波粒二象性，實(shí)踐表

16、明，不能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定坐標(biāo)和動(dòng)量。這個(gè)規(guī)律稱(chēng)為測(cè)不準(zhǔn)原理。1927年由德國(guó)物理學(xué)家海森堡（W. Heisenberg）提出,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,微觀粒子的波粒二象性和測(cè)不準(zhǔn)原理 使人們認(rèn)識(shí)到不能用經(jīng)典的牛頓力學(xué)來(lái)描述微粒，波爾理論認(rèn)為電子在固定不變的軌道上運(yùn)動(dòng)是不對(duì)的。只有采用統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)微粒運(yùn)動(dòng)作出概率的判斷，從而推出核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 合理的模型只能在測(cè)不準(zhǔn)原理的限制之內(nèi)，用一個(gè)代表原子性質(zhì)和行為的抽象的數(shù)學(xué)方程式來(lái)描述，而不能像玻爾所描述的那種輪廓鮮明的模型,2.2.1.1 原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展,2.2.1.2 原子的量子力學(xué)模型,1）波函數(shù) 由于微觀粒子具有波粒二象性，類(lèi)

17、似于電磁波，因此可以用一個(gè)波函數(shù)來(lái)描述其運(yùn)動(dòng)特征。波函數(shù)是一個(gè)三維空間的函數(shù)，是描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)式，是原子軌道的同義詞。 但這里的軌道是指電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并不是有固定半徑的圓形軌道,最基本的假定,2）薛定諤方程,1927年，奧地利物理學(xué)家E.Schrodinger（薛定諤）從物質(zhì)波的概念和測(cè)不準(zhǔn)原理出發(fā)，用統(tǒng)計(jì)方法提出了一個(gè)量子力學(xué)的基本方程微粒波動(dòng)方程式（薛定諤方程,2.2.1.2 原子的量子力學(xué)模型,這是一個(gè)二價(jià)偏微分方程，其意義為：若有一質(zhì)量為m的微粒，在位能為V的力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，當(dāng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，可以用一個(gè)與該微粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的不含時(shí)間的波函數(shù)來(lái)描述，并且必須滿(mǎn)足上述方程

18、。 求解的限定條件（量子化運(yùn)動(dòng)的三個(gè)參數(shù)）即： 主量子數(shù)n ；角量子數(shù)l；磁量子數(shù)m 此外還有一個(gè)描述電子旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的量子數(shù)ms,2.2.1.2 原子的量子力學(xué)模型,坐標(biāo)變換：在解薛定諤方程的過(guò)程中，要設(shè)法使3個(gè)自變量分離；但在直角坐標(biāo)系中：r2 = x2 + y2 + z2 ，無(wú)法使x、y、z分開(kāi)；因此，必須作坐標(biāo)變換，即： 直角坐標(biāo)系球坐標(biāo)系,2.2.1.2 原子的量子力學(xué)模型,根據(jù) r， 的定義， x = rsin cos y = rsin sin z = rcos r2 = x2+y2+z2,通過(guò)在限定條件下，求解薛定諤方程，可得到相應(yīng)的特定解(n,l,m)(x,y,z)和E。這些特定解

19、表示原子中電子的某種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及對(duì)應(yīng)的能量,2.2.1.2 原子的量子力學(xué)模型,n,l,m(x,y,z)=n,l,m(r,) =Rn,l(r)Yl,m(,) =Rn,l(r)l,m()m(,2.2.1.3 四個(gè)量子數(shù),量子數(shù)，是指與微粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的一些特定的不連續(xù)的正整數(shù)。 求解薛定諤方程時(shí)，引入了三個(gè)量子數(shù)n，l，m，此外還有一個(gè)描述電子旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的量子數(shù)ms，四個(gè)量子數(shù)對(duì)于描述電子的能量、原子軌道的形狀和空間伸展方向以及多電子原子核外電子的分布是非常重要的,1）主量子數(shù)n： 是確定電子離核遠(yuǎn)近和能級(jí)的主要參數(shù)，其值越大，則軌道離核平均距離越遠(yuǎn)，所處狀態(tài)的能級(jí)（能量）越高。 取值： n=1,2

20、,3；為正整數(shù)(自然數(shù))，光譜學(xué)上用：K、L、M、N、 O 、 P 表示 。 它決定的電子層數(shù)。n=1表示第一層(K 層) ，離核最近。n 越大，離核越遠(yuǎn)，則具有較高的能量,2.2.1.3 四個(gè)量子數(shù),主量子數(shù) n 只能取 1、2、3、4 等自然數(shù)，故能量只有不連續(xù)的幾種取值，即能量是量子化的。所以 n 稱(chēng)為量子數(shù)。 單電子體系，能量完全由 n 決定。但多電子體系的能量同時(shí)要受到其它量子數(shù)的影響，不完全取決于 n,2.2.1.3 四個(gè)量子數(shù),2）角量子數(shù)l,決定原子軌道的形狀及電子運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量。 取值：受主量子數(shù)n的限制， 對(duì)于確定的主量子數(shù)n ，角量子數(shù)l 可以為0、1、2、3、 ( n-1

21、)， 共 n 個(gè)取值。 量子數(shù)：0、1、2、3、4 光譜學(xué)上依次用表示：s、p、d、f、 g 如用主量子數(shù)來(lái)表示電子層，則角量子數(shù)就表示同一電子層中的不同狀態(tài)的分層或亞層,2.2.1.3 四個(gè)量子數(shù),角量子數(shù)l的重要物理意義,它表示波函數(shù)（原子軌道）的形狀。 l =0，s 軌道，其軌道形狀：球形 l =1，p 軌道，其軌道形狀：?jiǎn)♀徯?l =2，d 軌道，其軌道形狀：花瓣形 l =3， f 軌道，其軌道形狀復(fù)雜 例如：n=4，則l可取 0，1，2，3；由此可知，在第四層上，共有4 種不同形狀的軌道4s, 4p, 4d, 4f,2.2.1.3 四個(gè)量子數(shù),3）磁量子數(shù) m,表示波函數(shù)（原子軌道）

22、的空間取向（方向）特征。m=0,1,2,l，磁量子數(shù)m與能量無(wú)關(guān)。 m 的不同取值，或者說(shuō)原子軌道的不同空間取向，一般不影響能量。3 種不同取向的 2p 軌道能量相同。說(shuō)明這3個(gè)原子軌道是能量簡(jiǎn)并軌道，或者說(shuō)2p軌道是3重簡(jiǎn)并的。 而 3d則有5種不同的空間取向， 3d 軌道是5重簡(jiǎn)并的,2.2.1.3 四個(gè)量子數(shù),4）自旋量子數(shù) ms,表征電子兩種不同的“自旋”狀態(tài)。 電子既有圍繞原子核的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也有自身的旋轉(zhuǎn)，稱(chēng)為電子的自旋。ms 的取值只有兩個(gè)，+1/2和-1/2 。電子的自旋方式只有兩種，用 “” 和 “” 表示。 表示自旋平行， 表示自旋反平行,2.2.1.3 四個(gè)量子數(shù),描述一個(gè)

23、電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，要用四個(gè)量子數(shù)：n ，l ，m ，ms。 注意： n ，l ，m ，ms的取值；波函數(shù)每一種解對(duì)應(yīng)電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，沿用為一個(gè)原子軌道；K層電子只有s態(tài)；L層電子有s、 p態(tài)；M層電子有s、p、d態(tài)；N層電子有s、p、d、f態(tài),2.2.1.3 四個(gè)量子數(shù),2.2.1.3 四個(gè)量子數(shù),n=1, l=0, m=0 (1s) n=3, l=0, m=0 (3s) n=2, l=0, m=0 (2s) l=1, m=-1 (3py) l=1, m=-1 (2py) m=0 (3pz) m=0 (2pz) m=1 (3px) m=1 (2px) l=2, m=-2 (3dxy) m=-

24、1 (3dyz) m=0 (3dz2) m=1 (3dxz) m=2 (3dx2-y2),四個(gè)量子數(shù)決定核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài),2.2.1.3 四個(gè)量子數(shù),2.2.2 單電子原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),2.2.2.1 波函數(shù)的分布圖 2.2.2.2 電子云,2.2.2.1 波函數(shù)的分布圖,基態(tài)氫原子的波函數(shù)可以分為以下兩個(gè)部分： 1s(r,) =R1s(r)Y1s(,) （1）徑向分布： 是變量r即電子離核距 離的函數(shù),2）角度分布,2.2.2.1 波函數(shù)的分布圖,2.2.2.1 波函數(shù)的分布圖,2.2.2.1 波函數(shù)的分布圖,d 軌道合成圖像,p 軌道合成圖像,2.2.2.2 電子云,1）電子云與概率

25、密度 波函數(shù)本身不能與任何可以觀察的物理量相聯(lián)系。但波函數(shù)的平方（2）代表在時(shí)間t時(shí)，空間某點(diǎn)粒子出現(xiàn)的概率密度。 以電子衍射實(shí)驗(yàn)為例， 有環(huán)紋的地方，2大，電子密度大；環(huán)紋之間， 2小，電子密度也小,2.2.2.2 電子云,上式表明1s電子在核外出現(xiàn)的幾率密度是電子離核的距離r的函數(shù)。r越小，即電子離核越近，出現(xiàn)的幾率密度越大；反之，r越大，電子離核越遠(yuǎn)，則幾率密度越小,若以黑點(diǎn)的疏密程度來(lái)表示空間各點(diǎn)的幾率密度的大小，則2大的地方，黑點(diǎn)較密，表示電子出現(xiàn)的概率率密度較大； 2小的地方，黑點(diǎn)較疏，表示電子出現(xiàn)的幾率密度較小。 這種以黑點(diǎn)的疏密表示電子幾率密度分布的圖形叫做電子云。 電子云是電

26、子在核外空間出現(xiàn)概率密度分布的一種形象描述。小點(diǎn)的疏密表示核外電子出現(xiàn)的概率密度的大小,2.2.2.2 電子云,2.2.2.2 電子云,氫原子基態(tài)電子云,2）電子云角度分布圖，即Y2l , m(,) 的圖形,從外形上觀看到s、p、d電子云角度分布圖的形狀與波函數(shù)角度分布圖相似，但電子云角度分布圖稍“瘦小”些。 波函數(shù)角度分布圖中有正、負(fù)之分，而電子云角度分布圖則無(wú)正、負(fù)號(hào),2.2.2.2 電子云,電子云角度分布圖和波函數(shù)角度分布圖只與l、m兩個(gè)量子數(shù)有關(guān)，而與主量子數(shù)n無(wú)關(guān)。電子云角度分布圖只能反映出電子在空間不同角度所出現(xiàn)的幾率密度，并不反映電子出現(xiàn)概率離核遠(yuǎn)近的關(guān)系,2.2.2.2 電子云

27、,2.2.2.2 電子云,3）電子云徑向分布圖,電子云徑向分布函數(shù)： D(r) = 2dV= 24r2dr = 24r2 反映在半徑為r(即電子離核的距離)、厚度為dr的球殼中，電子出現(xiàn)的概率的大小。但這種圖形只能反映電子出現(xiàn)概率的大小與離核遠(yuǎn)近的關(guān)系，不能反映概率與角度的關(guān)系,2.2.2.2 電子云,2.2.2.2 電子云,注意,a. 對(duì)1s軌道， r = 52.9pm處，D(r)(概率)有峰值，即電子出現(xiàn)的可能性最大。 b.D(r)圖上峰的數(shù)目為(n l)，表明外層電子也可能出現(xiàn)在內(nèi)層，即發(fā)生能量交錯(cuò)。 c.n越大，軌道上電子離核平均距離越遠(yuǎn)，n相同，電子離核平均距離相近，表明電子在核外按

28、n值大小分層排布。 d.電子云是2 的空間分布圖，綜合考慮了徑向分布和角度分布。 e.電子云是概率密度的形象化，但概率密度最大的區(qū)域決不能理解為原子軌道,2.2.2.2 電子云,2.2.3 多電子原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),2.2.3.1 多電子原子軌道的能級(jí) 2.2.3.2 核外電子排列三原則 2.2.3.3 核外電子分布方式和外層電子分布式,2.2.3.1 多電子原子軌道的能級(jí),1）屏蔽效應(yīng)：核外其余電子抵消部分核電荷對(duì)指定電荷的吸引作用。屏蔽效應(yīng)著眼于其它電子對(duì)某電子的屏蔽,e1和e2對(duì)所指定的e3的排斥作用，認(rèn)為是它們屏蔽或削弱了原子核對(duì)指定e3的吸引作用。由于屏蔽作用，使e3的能量比沒(méi)有

29、屏蔽作用時(shí)升高,角量子數(shù) l 不同的電子，受到的屏蔽作用的大小不同。其原因要?dú)w結(jié)到 l 不同的軌道徑向分布的不同上。 屏蔽作用隨電子角量子數(shù) l 增大而增加，使 n 相同而 l 不同的軌道，發(fā)生能級(jí)分裂。4s、4p、4d、4f受其它電子的屏蔽作用依次增大，故有 E4sE4pE4d E4f,2.2.3.1 多電子原子軌道的能級(jí),2）穿透效應(yīng),外層電子向內(nèi)層穿透的效應(yīng)。穿透效應(yīng)著眼于某電子回避其它電子的屏蔽,2.2.3.1 多電子原子軌道的能級(jí),同l，n越大，主峰離核越遠(yuǎn),同n，l 越小，第一個(gè)峰離核越近,主量子數(shù)n相同的原子軌道 ， l 越小時(shí)內(nèi)層幾率峰越多。3s內(nèi)層有兩個(gè)幾率峰，3p內(nèi)層有一個(gè)

30、幾率峰， 3d無(wú)內(nèi)層幾率峰。 電子在內(nèi)層出現(xiàn)的幾率大，當(dāng)然受到的屏蔽要小。這相當(dāng)于電子離核近，故能量低。由于徑向分布的不同，l 不同的電子鉆穿到核附近回避其它電子屏蔽的能力不同，從而使自身的能量不同。這種作用又稱(chēng)為鉆穿效應(yīng),2.2.3.1 多電子原子軌道的能級(jí),鉆穿效應(yīng)的存在，不僅直接說(shuō)明了能級(jí)分裂的原因，而且還可以解釋所謂“能級(jí)交錯(cuò)”現(xiàn)象。在一些情況下，n 和 l 均不相同時(shí)，n 大的電子的能量，反而低于 n 小的電子的能量。 例如：E4s E3d,2.2.3.1 多電子原子軌道的能級(jí),3）多電子原子軌道的能級(jí),根據(jù)光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可歸納出以下三條規(guī)律： 當(dāng)角量子數(shù)l相同時(shí)，隨著主量子數(shù)n值的

31、增大，軌道能量升高。 E1sE2s E3s 當(dāng)主量子數(shù)n相同時(shí)，隨著角量子數(shù)l值的增大軌道能量升高。 Ens Enp End Enf 當(dāng)n和l都不同時(shí)，有的出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。當(dāng)n,l相同時(shí)，軌道能量相同，為等價(jià)軌道。 E4s E3d , E6s E4f,2.2.3.1 多電子原子軌道的能級(jí),2.2.3.1 多電子原子軌道的能級(jí),同一能級(jí)軌道，能量相近,2.2.3.1 多電子原子軌道的能級(jí),2.2.3.2 核外電子排列三原則,原子核外電子的分布可根據(jù)光譜數(shù)據(jù)來(lái)確定。核外電子排布基本遵從三個(gè)原理： 泡利不相容原理：一個(gè)原子中不可能有四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子。它解決了各電子層中可容納的最多電子數(shù)

32、為2n2。 能量最低原理：核外電子將盡可能優(yōu)先占據(jù)能級(jí)較低的軌道，以使系統(tǒng)能量處于最低。它解決了n或l值不同的軌道中，電子的分布規(guī)律,洪德規(guī)則:電子總是以自旋相同的方式分占能量相同的軌道。它反映了n、l值相同的軌道中，電子的分布規(guī)律。 洪德規(guī)則的補(bǔ)充：等價(jià)軌道全充滿(mǎn)、半充滿(mǎn)或全空的狀態(tài)是比較穩(wěn)定的。 全充滿(mǎn)： s2 , p6, d10, f14 半充滿(mǎn)： s1 , p3, d5, f7 全空 ： s0 , p0 , d 0, f 0,2.2.3.2 核外電子排列三原則,例： K的原子序數(shù)為19，1s22s22p63s23p63d1。 不符合能量最低原理，正確排布為： 1s22s22p63s23

33、p64s1 洪特規(guī)則應(yīng)用實(shí)例 將原子序數(shù)為6的C的2p的電子排布寫(xiě)作： 不符合泡利不相容原理和洪特規(guī)則，正確的方式是占用兩個(gè)不同的p軌道,2.2.3.2 核外電子排列三原則,2.2.3.2 核外電子排列三原則,7N原子的電子排布,洪德規(guī)則特例的應(yīng)用,a.29Cu：1s22s22p63s23p64s13d10 (正確) 1s22s22p63s23p64s23d9 (錯(cuò)誤,b.24Cr：1s22s22p63s23p64s13d5 (正確) 1s22s22p63s23p64s23d4 (錯(cuò)誤,2.2.3.3 核外電子分布方式和外層電子分布式,多電子原子核外電子分布的表達(dá)式叫做電子分布式。例如，鈦（T

34、i）原子有22個(gè)電子，以上述三個(gè)原理和近似能級(jí)順序，電子的分布情況應(yīng)為： 1s22s22p63s23p64s23d2 但在書(shū)寫(xiě)電子分布式時(shí)要將3d軌道放在4s前面，與同層的3s和3p軌道一起，即鈦原子的電子分布式應(yīng)為： 1s22s22p63s23p63d24s2,對(duì)于原子序數(shù)較大的元素，為了書(shū)寫(xiě)方便，可采用原子實(shí)（p22）表示方法。例如： Cu：Ar 3d104s1 Cr：Ar 3d54s1 外層電子分布式又稱(chēng)為外層電子構(gòu)型。 由于化學(xué)反應(yīng)通常只涉及外層電子的改變，所以一般不必寫(xiě)出完整的電子排布式，只需寫(xiě)出外層電子分布式。 例如鈦原子和錳原子的外層電子分布式分別為：3d24s2和3d54s2,

35、2.2.3.3 核外電子分布方式和外層電子分布式,2.2.4 元素周期律,2.2.4.1 元素周期表 2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期性,2.2.4.1 元素周期表,原子的核外電子按上述原則排列在各能級(jí)的軌道上。由于電子數(shù)不同，最終導(dǎo)致最外層軌道上排列的電子數(shù)的不同。當(dāng)核外電子數(shù)逐漸增加，外層電子數(shù)周期性的變化。 原子核外電子分布的周期性是元素周期律的基礎(chǔ)，元素周期表是周期律的表現(xiàn)形式,2.2.4.1 元素周期表,2.2.4.1 元素周期表,周期數(shù)與族數(shù)(長(zhǎng)表,周期數(shù) = 電子層層數(shù) 主族(A)元素的族數(shù) = 最外層的電子數(shù) 副族(B)元素的族數(shù) = 最外層的電子數(shù) +次外層d電子數(shù)(除B、

36、B、族外) 周期元素的數(shù)目 =相應(yīng)能級(jí)組中原子軌道所能容納的電子總數(shù),2.2.4.1 元素周期表,2.2.4.1 元素周期表,區(qū),s 區(qū): ns12(A,A)p 區(qū): ns12np16(AA,0)d -區(qū): (n-1)d18ns12(BB, )(Pd無(wú) s 電子) ds-區(qū): (n-1)d10ns12 (B,B) f -區(qū): (n2)f114(n1)d02ns2(鑭系、錒系) ( 在 d 區(qū)和 f 區(qū)有例外。,2.2.4.1 元素周期表,2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期性,原子的基本性質(zhì)如原子半徑、氧化值、電離能、電子親和能、電負(fù)性等都與原子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，因此也呈明顯的周期性。 （1）原子

37、半徑 p(24) 相鄰原子核間距離的一半，有金屬半徑、共價(jià)半徑和范德華半徑,主 族 元 素,2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期性,半徑變化規(guī)律,1)同一主族自上而下，半徑增大。(電子層數(shù)增加) 同一副族自上而下，半徑略有增大，但不 明顯。(鑭系收縮)(2)同一周期從左向右，主族元素半徑減小。 副族元素半徑緩慢減小。 (核電荷增加，對(duì)外層電子吸引力增強(qiáng)。主族新增加的電子填充在最外層，對(duì)同層電子屏蔽系數(shù)0.30；而副族新增加的電子填充在(n-1)d，屏蔽系數(shù)0.85。,2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期性,原子核電荷數(shù)增多，對(duì)核外電子的吸引力（還有電子之間的排斥力）增強(qiáng)（占優(yōu)勢(shì)的作用），原子半徑變

38、小。 短周期：左右，大小 長(zhǎng)周期：左右，大(A)小()大(B)小(A) d10電子對(duì)外層電子的屏蔽作用強(qiáng)，對(duì)外層電子的斥力大，所以，電子充滿(mǎn)d軌道后的原子半徑有所增加(B)。f 區(qū)的內(nèi)過(guò)渡元素原子半徑減小幅度更小，因?yàn)樾略黾拥?電子填充在(n-2)f，屏蔽系數(shù)1.00,2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期性,2）元素的氧化值 (p25,氧化值（數(shù)）：化合物中某元素所帶形式電荷 數(shù)(表觀電荷數(shù))。 化合價(jià)：某元素原子相互化合的數(shù)目，分為： 共價(jià)和電價(jià)。 例如：在CH4、CH3Cl、CH2Cl2、CHCl3、CCl4中，C的氧化數(shù)分別為- 4，-2，0，+2，+4,2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期

39、性,氧化數(shù)與原子結(jié)構(gòu)： 氧化數(shù)與原子價(jià)電子數(shù)相關(guān)。（p25） 主族元素： 最高正氧化值從A到A由+1升高到+7，最高正氧化值等于元素的族數(shù)。 副族元素：B到B到族，最高正氧化值等于族數(shù)(B除外，B最高正氧化值為2。,2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期性,3）電離能,金屬性表示元素在化學(xué)反應(yīng)中失去電子的能力；非金屬性則表示元素得電子的能力。 電離能：一定的溫度、壓力下，元素的氣態(tài)原子失去電子時(shí)吸收的能量。 元素的第一電離能I1：氣態(tài)原子失去一個(gè)電子成為+1 離子所吸收的能量。 元素的第二電離能I2：氣態(tài)+1 離子再失去一個(gè)電子成為+2 離子所吸收的能量,2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期性,電離

40、能的大小反映了原子得失電子的難易，電離能越大，失電子越難。 電離能變化規(guī)律: (1)同一主族自上而下，電離能減小。 主族元素同一周期從左到右，電離能增大。 (2)副族元素電離能變化不大,2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期性,2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期性,2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期性,第一電離能的變化趨勢(shì),2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期性,4）電子親和能 (p26,氣態(tài)原子獲得一個(gè)電子形成氣態(tài)-1價(jià)離子所釋放的能量，為該元素原子的第一親和能，常用A1表示。 （吸熱為正，放熱為負(fù)） 第二電子親和能A2是指-1氧化態(tài)的氣態(tài)陰離子再得到一個(gè)電子所需的能量，為正值。 電子親和能的大小

41、反映了原子得到電子的難易程度，即元素的非金屬性的強(qiáng)弱,2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期性,5）電負(fù)性 (p27,電負(fù)性概念用來(lái)表示或量度在分子中原子對(duì)成鍵電子吸引能力的相對(duì)大小。 原子電負(fù)性越大，表明它在分子中吸引成鍵電子的能力越大（更能獲得電子），原子電負(fù)性小，表明它在分子中吸引成鍵電子的能力也越小（更易失去電子,2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期性,電負(fù)性變化規(guī)律,1)同一周期從左到右，電負(fù)性增大； (2)同一主族自上而下，電負(fù)性遞減； (3)副族元素電負(fù)性變化不明顯。 電負(fù)性判據(jù)： 衡量元素金屬性或非金屬性的強(qiáng)弱。 小于2， 金屬元素 大于2， 非金屬 同一元素氧化態(tài)不同，電負(fù)性不同,

42、2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期性,2.2.4.2 元素基本性質(zhì)的周期性,2.3 化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu),2.3.1 離子鍵 2.3.2 共價(jià)鍵 2.3.3 金屬鍵 2.3.4 分子間力和氫鍵 2.3.5 晶體結(jié)構(gòu),分子是物質(zhì)獨(dú)立存在并保持其化學(xué)特性的最小微粒，物質(zhì)的性質(zhì)主要取決于分子的性質(zhì)，而分子的性質(zhì)是由分子的結(jié)構(gòu)決定的。除稀有氣體外，大多數(shù)物質(zhì)都是通過(guò)原子（或離子）間某種強(qiáng)的作用力而將多個(gè)原子（或離子）結(jié)合成分子的,diamond (金鋼石,graphite(石墨,fullerene(富勒烯,2.3 化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu),graphene (石墨烯,化學(xué)鍵,分子或晶體中相鄰原子(或離子)之間的這

43、種強(qiáng)烈的相互作用叫做化學(xué)鍵。主要有金屬鍵、離子鍵和共價(jià)鍵等三類(lèi)。 分子間作用力 范德華力（Van der Waals force） 氫鍵(hydrogen bond,2.3 化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu),2.3.1 離子鍵,電負(fù)性小的活潑金屬與電負(fù)性大的活潑非金屬原子間由于具有達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的傾向而發(fā)生電子得失，產(chǎn)生正負(fù)離子。 正負(fù)離子由于靜電引力而相互吸引,充分接近時(shí)對(duì)離子的外層電子產(chǎn)生排斥力,當(dāng)吸引力和排斥力相等時(shí),體系能量最低, 形成穩(wěn)定的離子化合物。 這種由正、負(fù)離子之間的靜電作用形成的化學(xué)鍵叫做離子鍵,離子鍵特點(diǎn)：沒(méi)有飽和性和方向性，通常存在于離子晶體中。 生成離子鍵的條件: 原子間電負(fù)性相差較大

44、，一般要大于2.0左右。 離子電荷：形成離子時(shí)原子的得失電子數(shù)。 離子的電子層結(jié)構(gòu)： 8電子構(gòu)型。對(duì)正離子來(lái)說(shuō)，除了8電子構(gòu)型外，還有其他類(lèi)型的外層電子構(gòu)型。(p28) 離子半徑：離子在晶體中的接觸半徑,2.3.1 離子鍵,2.3.1 離子鍵,6:6,8:8,2.3.2 共價(jià)鍵,2.3.2.1 價(jià)鍵理論 2.3.2.2 分子軌道理論 2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,同種非金屬元素或電負(fù)性數(shù)值相差不大的不同種元素(一般均為非金屬，有時(shí)也有金屬與非金屬) ，一般以共價(jià)鍵形成共價(jià)型單質(zhì)或共價(jià)型化合物。即生成分子的兩原子分別提供未成對(duì)電子參與成鍵，這些電子為兩者共有。這種原子間靠共用電子

45、對(duì)結(jié)合的化學(xué)鍵叫做共價(jià)鍵。 共價(jià)鍵形成過(guò)程常用的理論解釋有兩種：價(jià)鍵理論和分子軌道理論,2.3.2 共價(jià)鍵,2.3.2.1 價(jià)鍵理論,1）價(jià)鍵理論的發(fā)展 Lewiss classical theory(1916)：a) 分子中原子通過(guò)共用電子對(duì)形成共價(jià)鍵。b) 每個(gè)原子盡可能達(dá)到穩(wěn)定的稀有氣體原子的電子構(gòu)型。不足：不能解釋電子為什么不互相排斥,Heitler-London theory(1927)：用量子力學(xué)理論處理兩個(gè)氫原子形成氫分子過(guò)程，體系能量變化情況。a)自旋相反的單電子原子可配對(duì)形成共價(jià)鍵；b)原子軌道成鍵滿(mǎn)足最大重疊原理。(p30) Pauling-Slater theory：對(duì)前

46、兩個(gè)理論加以系統(tǒng)化,2.3.2.1 價(jià)鍵理論,2）價(jià)鍵理論基本要點(diǎn),a.電子配對(duì)原理：當(dāng)兩個(gè)原子各有一個(gè)自旋相反的未成對(duì)電子時(shí)，可配對(duì)形成穩(wěn)定的、公用的共價(jià)單鍵。有兩個(gè)或三個(gè)單電子可形成雙鍵或三鍵。 b.能量最低原理：自旋相反的單電子配對(duì)使體系能量降低。 c.原子軌道最大重疊原理：原子軌道重疊越大，兩核間電子概率密度越大，形成的共價(jià)鍵越牢固,2.3.2.1 價(jià)鍵理論,3）共價(jià)鍵的特點(diǎn),a) 共價(jià)鍵具有飽和性：自旋相反的電子配對(duì)成鍵以后，就不會(huì)再與另一個(gè)原子的未成對(duì)電子配對(duì)了。共價(jià)鍵的數(shù)目受未成對(duì)電子數(shù)目的限制，具有飽和性。 b)共價(jià)鍵具有方向性：原子軌道相互重疊形成共價(jià)鍵時(shí)，原子軌道要對(duì)稱(chēng)性匹

47、配，并滿(mǎn)足最大重疊原則。因此，共價(jià)鍵具有方向性。（p30,2.3.2.1 價(jià)鍵理論,4）共價(jià)鍵的類(lèi)型,鍵：原子軌道沿兩核連線方向以“頭碰頭”方式進(jìn)行重疊,2.3.2.1 價(jià)鍵理論,2.3.2.1 價(jià)鍵理論,鍵：原子軌道沿兩核連線方向以“肩并肩”方式進(jìn)行重疊。一般沒(méi)有鍵牢固，比較容易斷裂。因此含雙鍵或三鍵的化合物比較容易參加化學(xué)反應(yīng),2.3.2.1 價(jià)鍵理論,2.3.2.1 價(jià)鍵理論,配位鍵,形成條件：成鍵原子一方有孤對(duì)電子（電子給予體），另一方有空軌道（電子接受體,2.3.2.1 價(jià)鍵理論,例,1） H2中的共價(jià)鍵為鍵 （1s）。 （2） O2中的共價(jià)鍵為一個(gè)鍵 、一個(gè) 鍵。 （3） N2中的

48、共價(jià)鍵為一個(gè)鍵 、兩個(gè) 鍵,2.3.2.1 價(jià)鍵理論,2.3.2.2 分子軌道理論（p31,該理論強(qiáng)調(diào)分子的整體性，其主要觀點(diǎn)為： 當(dāng)原子形成分子后，電子不再局限于個(gè)別原子的原子軌道，而是從屬于整個(gè)分子的分子軌道（波函數(shù)）。 當(dāng)兩個(gè)原子軌道（波函數(shù)）以相加形式組合時(shí)，可以得到成鍵分子軌道，其中電子云密度較高，能量降低。 以相減方式組合時(shí)，則得到反鍵分子軌道，核間電子云密度下降，能量升高,組成有效分子軌道的條件（p32,分子軌道由原子軌道線性組合而成，軌道數(shù)目不變，軌道能量發(fā)生變化。參與組成分子軌道的原子軌道必須滿(mǎn)足以下條件： 對(duì)稱(chēng)性匹配；能量相近；最大重疊。 對(duì)稱(chēng)性匹配為首要條件，決定是否能夠

49、組成分子軌道。 分子軌道上的電子排布同樣遵循原子軌道上電子排布原則,2.3.2.2 分子軌道理論,分子軌道能級(jí)圖（p32-33,分子軌道的能級(jí)順序目前主要是由光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定,2.3.2.2 分子軌道理論,2.3.2.2 分子軌道理論,O、F、Ne原子的2s和2p軌道能量的差別大，當(dāng)兩個(gè)原子互相接近時(shí)，不發(fā)生2s 和2p軌道之間的相互作用，分子軌道能級(jí)如圖,O2(16e)：(1s)2(*1s)2(2s)2(*2s)2(2px)2(2py)2(2pz)2 (*2py)1(*2pz)1(*2px)0,2.3.2.2 分子軌道理論,B、C、N原子的2s和2p軌道能量的差別小，當(dāng)兩個(gè)原子互相接近時(shí)，發(fā)

50、生2s和2p軌道之間的相互作用，分子軌道能級(jí)如下圖,N2(14e)：(1s)2 (*1s)22s)2(*2s)2(2py )2(2pz )2 (2px)2 (*2py)0(*2pz)0(*2px)0,應(yīng)用舉例:描述鍵的強(qiáng)度,鍵級(jí) =(成鍵電子數(shù) 反鍵電子數(shù))/2 He2：(1s)2(1s*)2，鍵級(jí)= 0?？偰芰课唇档停虼说扔跊](méi)有形成分子。 H2+：(1s)1，鍵級(jí)= 0.5?？偰芰拷档停?，可穩(wěn)定存在。 O2：(2px)2(2py)2(2pz)2(*2py)1(*2pz)1，鍵級(jí) = 2，兩個(gè)單電子，具有磁性！。 N2：(2px)2(2py)2(2pz)2，鍵級(jí) = 3，很穩(wěn)定,2.3.

51、2.2 分子軌道理論,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,1）共價(jià)鍵參數(shù) 鍵長(zhǎng)：分子中成鍵原子的兩核間的距離。 鍵角：分子中相鄰兩鍵間的夾角。 鍵能：一般規(guī)定，在298.15K和100kPa下斷開(kāi)氣態(tài)物質(zhì)(如分子) 中，單位物質(zhì)的量的化學(xué)鍵而生成氣態(tài)原子時(shí)所需要的能量叫鍵解離能。共價(jià)鍵的強(qiáng)弱可以用鍵能數(shù)值的大小來(lái)衡量,2）分子的空間構(gòu)型和雜化軌道理論,共價(jià)型分子在空間排列構(gòu)成的幾何形狀，稱(chēng)為分子的空間構(gòu)型。 價(jià)鍵理論較好地說(shuō)明了共價(jià)鍵的本性，但對(duì)分子結(jié)構(gòu)中的某些特征仍不能進(jìn)行圓滿(mǎn)解釋。如：C 1s2 2s2 2px1 2py1 只能形成兩個(gè)共價(jià)鍵，鍵角應(yīng)為90度。實(shí)際上，在CH4.C

52、2H4.C2H2中與其它原子都形成4個(gè)共價(jià)鍵,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,雜化軌道理論,為提高成鍵能力使分子更穩(wěn)定，成鍵過(guò)程中，若干個(gè)能量相近的原子軌道可以混雜成同樣數(shù)目的能量完全相同的新的原子軌道，這種新的原子軌道稱(chēng)為雜化軌道。 等性雜化-在同一類(lèi)雜化中形成的雜化軌道的性質(zhì)完全相同。 不等性雜化-由于孤對(duì)電子的存在,使各個(gè)雜化軌道中所含的成份不同的雜化叫作不等性雜化,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,軌道雜化特征,能量相近的軌道可以雜化，雜化后軌道能量相同。 (ns np) (ns np nd) (n-1)d ns np) 雜化后成鍵能力增強(qiáng)。 雜化前后軌道數(shù)目

53、不變。 雜化后軌道伸展方向，形狀發(fā)生改變,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,sp雜化（1個(gè)s軌道與1個(gè)p軌道雜化）： 生成2個(gè)等價(jià)的sp雜化軌道，呈直線型,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,sp2雜化（1個(gè)s軌道與2個(gè)p軌道雜化）： 生成3個(gè)等價(jià)的sp2雜化軌道，呈平面三角形,雜化軌道的類(lèi)型,sp雜化（BeCl2）,呈直線型結(jié)構(gòu),鍵角180,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,同理BeF2分子結(jié)構(gòu)也為直線型,sp2雜化（BF3）,呈平面三角形結(jié)構(gòu),鍵角120,2.3.2

54、.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,B：1s22s22p1,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,BF3的分子結(jié)構(gòu)圖,sp3雜化,呈四面體形結(jié)構(gòu),鍵角10928,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,甲烷中的化學(xué)鍵,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,CCl4中的化學(xué)鍵,不等性雜化（sp3,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,NH3（107）和H2O（10440 ）結(jié)構(gòu)出現(xiàn)例外： N 1s22s22p3 2s22px12py12pz1 O 1s22s22p4 2s22

55、px22py12pz1,雜化軌道理論認(rèn)為二者均為sp3雜化,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,V型,三角錐型,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,s-p-d型雜化,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,PCl5,三角雙錐,sp3d hybrid,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,SF6,sp3d2 hybrid,sp3d2 hybrid,八面體,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,雜化軌道的類(lèi)型與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系,例題：分別說(shuō)明C2H2、C2H4、C2H6中C原子雜化類(lèi)型,C2H2中C原子sp雜化，C與C之間一個(gè)鍵 、兩個(gè)鍵， C與H之間一個(gè)鍵

56、 。 C-C鍵與C-H之間為線性。 C2H4中C原子sp2雜化，C與C之間一個(gè)鍵 、一個(gè) 鍵 ， C與兩個(gè)H之間形成兩個(gè)鍵 。 C-C鍵與兩個(gè)C-H鍵之間為平面三角形構(gòu)型,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,C2H6中C原子sp3雜化， C與C之間一個(gè)鍵 ，C與三個(gè)H之間形成三個(gè)鍵 。 C-C鍵與三個(gè)C-H鍵之間為四面體構(gòu)型,2.3.2.3 雜化軌道理論與分子的空間構(gòu)型,C2H2、C2H4、C2H6分子的結(jié)構(gòu)示意圖,2.3.3 金屬鍵,金屬的通性： 密度大：離子與自由電子間的緊密結(jié)合。 金屬光澤：自由電子吸收和發(fā)射可見(jiàn)光。 導(dǎo)熱性：自由電子運(yùn)動(dòng)迅速傳導(dǎo)熱量。 導(dǎo)電性：自由電子在電場(chǎng)作

57、用下的定向運(yùn)動(dòng)。 良好的機(jī)械加工性：相鄰原子層發(fā)生滑動(dòng)，不影響金屬鍵,2.3.3 金屬鍵,1）自由電子氣模型 金屬原子最外層電子不完全屬于哪一個(gè)原子，而能在整個(gè)金屬晶體中自由流動(dòng)，叫做自由電子。自由電子和金屬原子之間產(chǎn)生沒(méi)有方向性的“膠合” 作用力，稱(chēng)為金屬鍵,2.3.3 金屬鍵,良好的機(jī)械加工性能,溫度升高，導(dǎo)電性能降低,2）能帶理論-分子軌道理論解釋金屬鍵,按MO法則，金屬晶體看作一個(gè)大分子，將能級(jí)相同的n個(gè)原子軌道(1s-1s、2s-2s、2p-2p、3s-3s、)線性組合成n個(gè)分子軌道，n個(gè)分子軌道構(gòu)成一個(gè)能帶(如1s能帶、2s能帶、 2p能帶、3s能帶、)。 n個(gè)分子軌道可容納2n個(gè)

58、電子，n的數(shù)值越大，同一能帶中的分子軌道能量越接近,2.3.3 金屬鍵,由充滿(mǎn)電子的原子軌道重疊形成的能帶為滿(mǎn)帶；由未充滿(mǎn)電子的原子軌道重疊形成的能帶為導(dǎo)帶；由無(wú)電子的原子軌道重疊形成的能帶為空帶；能帶與能帶之間的間隔是電子不能存在的區(qū)域，為禁帶；價(jià)電子所在的能帶為價(jià)帶；相鄰能帶相互重疊的區(qū)域?yàn)橹貛?疊帶)。滿(mǎn)帶與空帶重疊，會(huì)使?jié)M帶變成導(dǎo)帶,2.3.3 金屬鍵,2.3.3 金屬鍵,n個(gè)鋰原子軌道 組成的能帶,n個(gè)鈹原子軌道組成 重疊能帶(無(wú)禁帶,金屬能帶示意圖,導(dǎo)帶,2.3.3 金屬鍵,根據(jù)能帶理論，可以很好地解釋導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)電性能的差異，在于禁帶的寬度及價(jià)帶電子的分布狀況。 導(dǎo)體：

59、價(jià)帶為導(dǎo)帶或重帶，禁帶寬度Eg 0.3eV，外電場(chǎng)作用下，電子可由滿(mǎn)帶帶結(jié)構(gòu)躍遷至空帶。如一般金屬導(dǎo)體。 半導(dǎo)體：價(jià)帶為滿(mǎn)帶，但禁帶寬度不大， 0.3eV Eg 3eV，一般條件下，滿(mǎn)帶中的電子不能躍遷至空帶，不能導(dǎo)電,2.3.3 金屬鍵,但半導(dǎo)體在光照或加熱條件下，滿(mǎn)帶中的電子吸收足夠的能量后，可躍遷至導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生導(dǎo)電性。如單晶硅、單晶鍺等。 絕緣體：價(jià)帶為滿(mǎn)帶，禁帶寬度大， Eg 5eV，外電場(chǎng)作用下，滿(mǎn)帶中的電子不能越過(guò)禁帶躍遷至空帶，因而不能導(dǎo)電。如金剛石,2.3.3 金屬鍵,2.3.4 分子間力和氫鍵,2.3.4.1 分子的極性 2.3.4.2 分子的電偶極矩 2.3.4.3 分子

60、間的作用力,2.3.4.1 分子的極性,正、負(fù)電荷中心重合的分子叫做非極性分子，正、負(fù)電荷中心不重合的分子叫做極性分子。分子的極性不僅與鍵的極性有關(guān)，而且與分子的空間構(gòu)型（對(duì)稱(chēng)性）有關(guān),分子正負(fù)電荷不重疊-極性分子,2.3.4.1 分子的極性,分子正負(fù)電荷重疊-非極性分子,2.3.4.1 分子的極性,no permenanent dipole moment,極性與物質(zhì)的溶解性,相似相容：極性溶質(zhì)易溶于極性溶劑；非極性(或弱極性)溶質(zhì)易溶于非極性（或弱極性）溶劑。 極性溶劑：水、丙酮、乙醇、乙酸、乙醚等。 非極性(弱極性)溶劑：苯、甲苯、汽油、四氯化碳、三氯甲烷、四氯乙烯等,2.3.4.1 分子