無(wú)機(jī)化學(xué)課程的主要內(nèi)容

?無(wú)機(jī)化學(xué)?課程(kèchéng)的主要內(nèi)容物質(zhì)的變化規(guī)律物質(zhì)的制備(zhìbèi)與性質(zhì)物質(zhì)(wùzhì)的形態(tài)與結(jié)構(gòu)氣液固體原子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)動(dòng)力學(xué)酸堿平衡沉淀平衡氧化復(fù)原絡(luò)合平衡元素通論s,ds區(qū)元素p區(qū)元素d區(qū)元素f區(qū)元素?大學(xué)根底化學(xué)?補(bǔ)充教材，?大學(xué)根底化學(xué)?第一頁(yè)，共26頁(yè)。1參考(cānkǎo)進(jìn)度表第二頁(yè)，共26頁(yè)。2推薦讀物：約翰?格里賓，?雙螺旋探秘—量子物理學(xué)與生命?上海科技(kējì)教育出版社，2001年。JohnGribbin,InsearchoftheDoubleHelix:QuantumPhysicaandLife,1985.“生物是由無(wú)生命的分子組成的。當(dāng)這些分子被別離出來(lái)并逐個(gè)加以考察時(shí)，它們符合所有描述無(wú)生命物質(zhì)(wùzhì)行為的物理和化學(xué)定律。〞(AlbertLehninger)第三頁(yè)，共26頁(yè)。3第七章原子結(jié)構(gòu)〔1〕序言、1原子的根本結(jié)構(gòu)2原子結(jié)構(gòu)的歷史回憶3現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)的實(shí)驗(yàn)根底(gēndǐ)一、氫原子光譜與Bohr模型1氫原子光譜及Balmer實(shí)驗(yàn)定律2Bohr模型及其局限性二、微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律1波粒二象性2波函數(shù)和電子云3四個(gè)量子數(shù)三、波函數(shù)和電子云的空間圖象1電子云徑向分布圖2波函數(shù)角度分布圖第四頁(yè)，共26頁(yè)。4原子結(jié)構(gòu)AtomicStructure歷史(lìshǐ)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)根底 (自學(xué)，普化原理和 atom-a.pdf)根本結(jié)構(gòu)Particle

Location

Charge

Mass(amu)

Proton Nucleus +1 1.0 NeutronNucleus 0 1.0 Electron關(guān)鍵問(wèn)題：電子(diànzǐ)排布及其與化學(xué)性質(zhì)之間的關(guān)系第五頁(yè)，共26頁(yè)。5原子(yuánzǐ)(Atom)電子和原子(yuánzǐ)核：帶正電原子(yuánzǐ)核和電子，靜電吸引。形成化學(xué)鍵時(shí)，電子運(yùn)動(dòng)發(fā)生改變，原子(yuánzǐ)核不變。核的結(jié)構(gòu)：帶正電質(zhì)子和不帶電中子。質(zhì)子與中子強(qiáng)吸引作用與質(zhì)子間靜電排斥作用相對(duì)抗。Z增加，排斥作用占主導(dǎo)。穩(wěn)定存在的元素的數(shù)目有限。同位素：質(zhì)子數(shù)相同中子數(shù)不同的原子(yuánzǐ)。天然混合同位素組成元素，原子(yuánzǐ)量由比例定。化學(xué)性質(zhì)非常相似。放射性：不穩(wěn)定的核因發(fā)射高能粒子而分解。Z>83(Bi)的元素都具有放射性。許多放射性同位素應(yīng)用于生化研究及醫(yī)學(xué)診斷。第六頁(yè)，共26頁(yè)。6第七頁(yè)，共26頁(yè)。7實(shí)驗(yàn)規(guī)律(guīlǜ)(Balmer,Rydberg)波數(shù)=1/=RH(1/22–1/n2)(n=3,4,5，…)RH=Rydberg常數(shù)，為1.0967758107(m-1)一、氫原子光譜(guāngpǔ)與Bohr模型第八頁(yè)，共26頁(yè)。8Bohr模型:E=h=hc/波數(shù)=E/(hc)=B/(hc)(1/n12–1/n22)其中，B/(hc)=1.0973731107(m-1)與RH很相近。(原子有確定的電子軌道，軌道能量(néngliàng)是量子化的，電子躍遷吸收或發(fā)射能量(néngliàng))量子化概念(gàiniàn)Bohr模型(móxíng)的局限性：對(duì)多原子體系不適用，也不能解釋光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，等等。

沒(méi)有正確描述電子的微觀狀態(tài)。第九頁(yè)，共26頁(yè)。91、波粒二象性1924，法國(guó)LouisdeBroglie能量(néngliàng)E=h動(dòng)量P=h/

E,P 粒性， 波性

DeBroglie關(guān)系 =h/P=h/(mv)

二、微觀粒子的運(yùn)動(dòng)(yùndòng)規(guī)律第十頁(yè)，共26頁(yè)。10子彈，m=2.5×10-2Kg,v=300ms-1;電子，me=9.1×10-31Kg,v=5.9×10-5ms-1;

波長(zhǎng)(bōcháng)：子彈 =h/(mv)=6.6×10-34/(2.5×10-2300) =8.810-35(m)可忽略，主要表現(xiàn)為粒性。電子=h/(mv) =6.6×10-34/(9.1×10-315.9×10-5) =1210-10(m)=1.2nm[例]：第十一頁(yè)，共26頁(yè)。111927，美國(guó)(měiɡuó) C.DavissonandL.Germar“幾率波〞電子衍射第十二頁(yè)，共26頁(yè)。121926年，奧地利Schr?dinger

Schr?dinger方程(fāngchéng)〔對(duì)于單電子體系〕：2/x2+2/y2+2/z2+82m/h2(E-V)=0

其中，波函數(shù)，反映了電子的波性；m(質(zhì)量)，E(動(dòng)能)，V(勢(shì)能)，等反映了電子的粒性。

2、波函數(shù)〔〕和Schr?dinger方程(fāngchéng)第十三頁(yè)，共26頁(yè)。13球坐標(biāo)(zuòbiāo)：x=rsincosy=ysinsinz=rcos(=0~180,=0~360)第十四頁(yè)，共26頁(yè)。14幾率密度〔||2〕：電子在原子空間上某點(diǎn)附近(fùjìn)單位微體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率。||2的物理意義：(1926年，德國(guó)，Born)||2值大，說(shuō)明單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)(chūxiàn)的幾率大，即電荷密度大；||2值小，說(shuō)明單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)(chūxiàn)的幾率小，即電荷密度小。電子在空間的幾率分布，即||2在空間的分布稱“電子云〞。第十五頁(yè)，共26頁(yè)。15第十六頁(yè)，共26頁(yè)。16波函數(shù)以及(yǐjí)常數(shù)n、l、m電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可由Schr?dinger方程解得的波函數(shù)來(lái)描述。為得到合理解，在解Schr?dinger方程中，波函數(shù)中引入了常數(shù)項(xiàng)n、l、m、ms，其意義見(jiàn)后，取值范圍為：n=1,2,3,……l=0,1,2,……n-1m=0,1,2,……lms=1/2每種波函數(shù)對(duì)應(yīng)(duìyìng)于電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。通常把一種波函數(shù)稱為一個(gè)原子軌道。但這里的軌道，不是經(jīng)典力學(xué)意義上的軌道，而是服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的量子力學(xué)意義上的軌道。第十七頁(yè)，共26頁(yè)。17Name名稱Symbol符號(hào)Values取值Meaning表示Indicates指明principle主量子數(shù)n1,2,shell,電子層energy能層size離核遠(yuǎn)近Orbitalangularmomentum角量子數(shù)l0,1,,n-1subshellenergy亞層能級(jí)shape形狀

magnetic磁量子數(shù)m0,1,2,

,lorbitalsofsubshell亞層軌道direction方向Spinmagnetic自旋磁量子數(shù)ms+1/2,-1/2spinstate自旋狀態(tài)Spindirection自旋方向3、四個(gè)量子數(shù)第十八頁(yè)，共26頁(yè)。18波函數(shù)(hánshù)：徑向函數(shù)(hánshù)×角度函數(shù)(hánshù)

n,l,m(r,,)=Rn,l(r)Yl,m(,)

Rn,l(r): 波函數(shù)(hánshù)的徑向局部，由n,l決定Yl,m(,): 波函數(shù)(hánshù)的角度局部，由l,m決定三、波函數(shù)()和電子云(2)的空間(kōngjiān)圖象第十九頁(yè)，共26頁(yè)。19Rn,l(r)–r 波函數(shù)()徑向分布R2n,l(r)–r 電子云(2)徑向密度分布r2R2n,l(r)–r 電子云(2)徑向分布(電子在離核半徑為r單位厚度的薄球殼內(nèi)出現(xiàn)(chūxiàn)的幾率)Yl,m(,) 波函數(shù)()角度分布(+,-)Y2l,m(,) 電子云(2)角度分布第二十頁(yè)，共26頁(yè)。201、電子云徑向(jìnɡxiànɡ)分布圖r2R2

n,l(r)R2

n,l(r)電子云(2)徑向密度(mìdù)分布函數(shù)：電子云(2)徑向分布(fēnbù)函數(shù)：第二十一頁(yè)，共26頁(yè)。21電子云徑向(jìnɡxiànɡ)分布函數(shù)(r2R2n,l(r))第二十二頁(yè)，共26頁(yè)。222、波函數(shù)角度(jiǎodù)分布圖是角度函數(shù)Yl,m(,)隨,變化(biànhuà)的圖象。s軌道(guǐdào)：+第二十三頁(yè)，共26頁(yè)。23