波函数原子轨道课件.ppt

1、hPP : P : 动量动量入：波长入：波长h h ：普朗克常数：普朗克常数 6.6266.626 1010-34 -34 J.sJ.svmh h h：普朗克常数：普朗克常数 v v：微观粒子的速度：微观粒子的速度 电子束窄缝光栅1927年德布罗衣的假设被电子衍射实验证实。0822222222）（VEhmzyx：电子的波函数电子的波函数m： 电子的质量电子的质量E ：电子的总能量：电子的总能量V ：电子的势能：电子的势能 reV2波函数与电子出现在原子周围空波函数与电子出现在原子周围空间位置的概率有关间位置的概率有关,所以：所以：被形象地称为被形象地称为“原子轨道原子轨道”原子的波函数可以通过

2、求解原子的波函数可以通过求解薛定薛定谔方程谔方程而得到。而得到。薛定谔薛定谔方程方程： 主量子数是确定电子离核远近（平均距离）和能级主量子数是确定电子离核远近（平均距离）和能级的主要参数。的主要参数。n值越大，表示电子离核的平均距离值越大，表示电子离核的平均距离越远，所处状态的能级越高。越远，所处状态的能级越高。121312molkJnE（1）主量子数主量子数n nl 称为称为 s p d f(3)磁量子数磁量子数m：原子轨道在空间的伸展方向。取值受：原子轨道在空间的伸展方向。取值受l 限制，限制，m=0，1，2，3l ，共可取，共可取2l+1个值个值. ll=0，m=0表示表示S轨道在空间只

3、有一种伸展方向。轨道在空间只有一种伸展方向。ll=1，m=0，1表示表示P轨道在空间有三种伸展方向。轨道在空间有三种伸展方向。ll=2，m=0，1，2表示表示d轨道在空间有五种伸展轨道在空间有五种伸展方向。方向。ll=3，m=0，1，2，3表示表示f轨道在空间有七种轨道在空间有七种伸展方向。伸展方向。(4)(4)自旋量子数自旋量子数ms 自旋量子数自旋量子数ms = ， “”表示两个不表示两个不同的自旋方向同的自旋方向, ,用用或或表示。表示。21电子在核外运动状态可以用四个量子数来确定。电子在核外运动状态可以用四个量子数来确定。确定轨道运动状态可以用前三个量子数来确定。确定轨道运动状态可以用

4、前三个量子数来确定。n l M 轨 道 数 每 个 电 子 层 最 多 容 纳 的电 子 数 1 0 (1s) 0 1 1 2 0 (2s) 0 2 1 (2P) 0、 -1、 +1 1 3 4 8 0 (3s) 0、 1 (3P) 0、 -1、 +1 3 2 (3d) 0、-1、-2、+1、+2 1 3 5 9 18 0 (4s) 0 1 (4P) 0、 -1、 +1 2 (4d) 0、-1、-2、+1、+2 4 3 (4f) 0、 -1、 -2、 -3 +1、 +2、 +3 1 3 5 7 16 32 2、 三个量子数组合形式：三个量子数组合形式：n=1时，时，l=0,m=0.组合形式有一

5、种组合形式有一种(1,0,0)n=2时，时，l=0, m =0 组合形式有一种组合形式有一种(2,0,0) l=1 m =0, 1组合形式有三种：组合形式有三种： （2,1,0）、）、(2,1,1)、（、（2,1,-1）每种组合对应一个轨道。每种组合对应一个轨道。cossinsincossinrzryrxzxyPNxyzr(x.y.z)= ( r . .) = R( r ) Y( .)图图5.2 R(r) 表示波函数的径向部分表示波函数的径向部分）（Y表示波函数的角度部分表示波函数的角度部分41 120 30）（，）（YearRar00 30 3014112arareaeaYrRr）（）（）（

6、例如：氢原子1S轨道(n=1, l=0, m=0 即(1,0,0) )(x.y.z)= ( r . .)= R( r )Y( .)41 ）（YZXY41P P轨道是有方向的，按其方向可分为轨道是有方向的，按其方向可分为p px x、p py y、p pz z三种不同的三种不同的p p轨道轨道xz=600.24Y+-=300.420.49 = cos 43 0 00 0、 30300 0、 60600 0、90900 0、1201200 0、 1501500 0、 1801800 0 0.49 0.49、0.420.42、0.240.24、0 0、-0.24-0.24、-0.42-0.42、-0

7、.49-0.49所有的所有的p pz z轨道波函数的角度部分为：轨道波函数的角度部分为：若以若以 Y Ypzpz对对作图，可得两个相切于作图，可得两个相切于原点的球面（见右图），即原点的球面（见右图），即PYPY图中正负号表示波函数角度部分图中正负号表示波函数角度部分 在这角度上在这角度上为正值或负值。为正值或负值。PY+zXyzzx xx xxyyyxxzy+_+_sz+_pypxpzzxy+_ _-dxyzxy+_dyzx yyz+-2Zdzy+-dx2x-y2-_z+_dzxx_+y 概率密度：电子在空间某处单位体积内出现的概率大小。概率密度：电子在空间某处单位体积内出现的概率大小。2

8、2可以用来反映可以用来反映电子在空间某处单位体积内出现的概电子在空间某处单位体积内出现的概率大小率大小。用黑点的疏密表示概率密度分布的图形叫电子云。用黑点的疏密表示概率密度分布的图形叫电子云。氢原子氢原子1S1S电子云：电子云：023021arsa1电子云图界面图径向概率分布图角度分布图的变化作图得电子云的随角度用）（）（）（)( ) (Y 2222YrRrzxyzxzyxzypxzp ppyxys电子云角度分布图如图5.5图5.6 s、p、d 、f 电子云角度分布图dxyxyzxzydyzzyxxyzxzydzxdx-ydz222习题：P250 1根据光谱实验，把能量相近的轨道归为一个能级组

9、，根据光谱实验，把能量相近的轨道归为一个能级组，共七个能级组，按能量从低到高排列。共七个能级组，按能量从低到高排列。一、一、1s二、二、2s 2p三、三、3s 3p四、四、4s 3d 4p五、五、5s 4d 5p六、六、6s 4f 5d 6p七、七、7s 5f 6d(与元素周期表周期一致与元素周期表周期一致)5.2.25.2.2核外电子分布原理和核外电子分布式核外电子分布原理和核外电子分布式1 1、 （等价轨道：能量完全相同的轨道。如：（等价轨道：能量完全相同的轨道。如： ）等价轨道上，电子在全满，半满）等价轨道上，电子在全满，半满或全空时比较稳定。或全空时比较稳定。如全满：如全满：P P6

10、6，d d1010，f f1414 半满：半满：P P3 3，d d5 5，f f7 7 全空：全空：p p0 0，d d0 0，f f0 0。由此，可以写出元素原子的电子排布顺序式：由此，可以写出元素原子的电子排布顺序式：1S22S22P63S23P64S23d104P65S24d10。 多电子原子轨道的能级顺序,如图所示7s6s5s4s3 s2s1s2p3p4p5p6p7p5d4d3d6d5f4f(1)(2)(3)(7)(5)(6)(8)4)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(20)2.核外电子分布式核外电子分布式和和外层电子分布式外层电子分布式

11、电子排布式写完一定同层相挨。电子排布式写完一定同层相挨。例如：例如：2424Cr Cr 排布顺序排布顺序: :1S1S2 2 2S 2S2 2 2P 2P6 6 3S 3S2 2 3P 3P6 6 4S 4S1 1 3d3d5 5电子分布式电子分布式: 1S: 1S2 2 2S 2S2 2 2P 2P6 6 3S 3S2 2 3P 3P6 6 3d 3d5 5 4S 4S1 12929Cu : 1SCu : 1S2 2 2S 2S2 2 2P 2P6 6 3S 3S2 2 3P 3P6 6 3d 3d1010 4S 4S1 1 例例5.1 填充下表填充下表元素元素 zMg 12Cu 29Cl

12、17Kr 36Mn 25 核外电子分布式核外电子分布式外层电子分布式外层电子分布式 单电子数单电子数s s2 22s2s2 22p2p6 63s3s2 213s2 01s22s22p63s23p63d104s1 3d104s1 1 1s22s22p63s23p5 3s23p5 1 1s22s22p63s23p63d104s24p 64s2 4p6 01s22s22p63s23p 63d54s2 3d54s2 5(5) F(z=9) 1s22s22p5 F_ 1s22s22p6 2s22p6 8电子型 (6) S(z=16) 1s22s22p6 3S3S2 23P3P4 4 S2_ 1s22s2

13、2p6 3S3S2 23P3P6 6 3s23p6 8电子型 原子得电子形成负离子时，原子所得电子原子得电子形成负离子时，原子所得电子分布分布在最外在最外层上层上(4)Sn2+ (Z=50) 1S22S22P63S23P63d10 （ 4S24P64d105S2 (5P2 ) 4S24P64d105S2 18+2型5.2.3元素性质周期性递变和原子结构的关系元素性质周期性递变和原子结构的关系（3 3）分区）分区: :根据元素原子外层电子构型，周期表分为五根据元素原子外层电子构型，周期表分为五个区。个区。 IA 0 1 IIA IIIA VIIA 2 IIIB VIII IB IIB 3 4 5

14、 6 S 区 ns1ns2 d 区 (n-1)d1ns2(n-1)d8ns2 (有例外) ds 区 (n-1)d10ns1 (n-1)d10ns2 P 区 ns2np1 ns2np6 镧系元素 锕系元素 f 区 (n-2)f1ns2 (n-2)f14ns2(有例外) 表表5.2 5.2 原子外层电子构型与周期系分区原子外层电子构型与周期系分区IA IIA IIIA-VIIAVIIIAIIIB-VIIIB IB-IIB习题：p250 3 , 6(1) , 8 , 预习：5.2.3元素性质周期性递变和原子结构 的关系 5.3化学键和分子间相互作用力762223322221 22 21 - 1K ,

15、 , OF ,KO , CaO , CaH, OCrSAHCIS例如：某些物质中元素氧化值例如：某些物质中元素氧化值:族IIIB IVB VB VIB VIIBVIIIIB IIB元素ScTiVCrMn Fe Co Ni Cu Zn氧化值+3+3+4+3+4+5+2+3+6+2+4+6+7+2+3+2+3+2+3+1+2 +2变化规律：变化规律：同周期同周期从左到右 ， I 增大4. 元素的电负性元素的电负性周期系中元素的电负性规律如下：周期系中元素的电负性规律如下：5、原子半径的周期性变化：、原子半径的周期性变化：图5.14 s和px轨道（角度分布）的重叠方式示意图xz+_xz+(a)zx+

16、_+(b)xz+_+zx(c)xz+_(d)x+_+ xzzx+_+ZXZ(a)(b)zx_+zx+(c)xz_+(d)SSH2PPSPxPxHClCl2yPPyyyxzzPPyyxzzZX+ Z ZXX+_键键ZXZZXZX+_键键键键y分析C2H2， C2H4. COCl2 中的 键和键例例5.4：C = C HC CHH键键 3 5 3 2 1 1键能键能C C C C C C C COClClC习题：p251 5 , 6(2) , 10预习： 3、分子的空间构型和杂化轨道理论 5.3.3分子间相互作用力 + 分子极性与键极性的关系分子极性与键极性的关系: (1) 双原子分子双原子分子的

17、极性与键的极性一致. 例: H2 :键没有极性，分子无极性 HCl、CO、NO键有极性,分子有 极性. 键的极性越强、分子的极性越强. 例：HI HBr H Cl HF电负性差值增大分子的极性增强键极性增强(2)多原子分子的极性取决于分子的空间构型l 分子空间构型对称 非极性 分子 例：o=C=o H-C= NOHHBClClCll分子空间构型不对称 极性分子 例：+ _+ _ _XZZXzx+杂化轨道理论要点5d106s16p1SP杂化杂化 B ：2s22p1FFFBC ： 2s22p2HHHHCN ： 2s22p3 O ：2s22p4Sp3 sp3 sp3 Sp32S2P 2S2pSp3

18、Spsp33sp3不等性不等性HHHNHHO+- +-+ - + -5.3.3分子间相互作用力分子间相互作用力+ -+ -+ -+ - +- _+-+-+-+ -+-习题：p251 12 , 13 , 14, 16 , 预习：5.4晶体结构沸点、熔点 摩尔质量 色散力 例2：有机物（饱和直链烃）CH4 C2H6 C8H18 C16H34 摩尔质量 色散力 沸点、熔点 含有分子间氢键的物质的熔点、沸点比同类型无氢键的物质高。例如： HF HCl HBr HI 沸点：20 -85 -57 -36 分子量增加 色散力增大 熔点、沸点升高晶格（点阵）格（点阵）：晶体中微粒以一定方式有规律周期性排列的几

19、何图形。 晶体晶体: 内部微粒有规律排列的固体。晶格点晶格点：晶格中排有微粒的那些点。5.4晶体结构晶体结构5.4.1晶体的基本类型晶体的基本类型由于晶体中格点上微粒的种类和它们之间作用力的不由于晶体中格点上微粒的种类和它们之间作用力的不同晶体可分为四种基本类型。同晶体可分为四种基本类型。氯化钠晶体结构示意图Cl_Na+Z+ 、 Z_正、负离子电荷正、负离子电荷 r+、 r_正、负离子半径正、负离子半径100kPa 、298.15K时时,由气态由气态正、负离子形成单位物质的正、负离子形成单位物质的量的离子晶体所放出的量的离子晶体所放出的能能量量.例如：Na+(g)+ Cl-(g)=NaCl(s

20、) E EL L =770 kJ.mol-1 E EL L ( kJ.mol-1 ) BaO 3042MgO 3916例：例：NaI, NaBr NaCl NaFX- -半径半径 晶格能晶格能熔点、沸点熔点、沸点化化合合物物离离子子电电荷荷离离子子半半径径和和（nm）熔熔点点()NaCl+1,-10.095+0.181=0.276800BaO+2,-20.135+0.140=0.2751920MgO+2,-20.065+0.140=0.2052800离子晶体化合物的特性：离子晶体化合物的特性：熔点较高；硬度较大；熔融或水溶液中导电性好；熔点较高；硬度较大；熔融或水溶液中导电性好；易溶于水，难溶

21、（不溶）于非极性有机溶剂。易溶于水，难溶（不溶）于非极性有机溶剂。方石英的晶体结构示意图C（金刚石）si原子晶体示意图OSi分子量大色散力分子间力熔点、沸点 铁、铜、镍等金属晶体示意图金属晶体金属晶体的几种类型的几种类型OSiSiO44-石棉石棉:CaO3MgO4SiO2或或Mg3Ca(SiO3)4石墨层状结构示意图石墨层状结构示意图层内：0.142nm层间：0.335nm表表5.6晶体基本类型的比较晶体基本类型的比较晶格点晶格点的微粒的微粒晶体的晶体的基本类型基本类型微微 粒间粒间的作用力的作用力熔点熔点导电性导电性硬度硬度正、负离子原 子分 子金属原子或正离子离子键共价键金属键一般较小分子

22、间力和氢键一般不导电一般较高，部分低一般较大部分较小绝缘体或半导体水溶液、熔融液易导电导电较 高较大高大低离子晶体分子晶体原子晶体金属晶体BaSO4SiCl4SiC NH3 Cu SrOCu2+,Cu+,Cu金属键 金属晶体 分子晶体 高 高 高 高 低NH3 Si，CBa2+,SO42-Sr2+,O2-共价键离子键离子键 分子间力和氢键离子晶体离子晶体原子晶体好好好例如：例如：晶格点晶格点的微粒的微粒微粒间的微粒间的作用力作用力 晶体的基晶体的基本类型本类型 熔点熔点导电性导电性 低分子间力 分子晶体差差差SiCl4习题：p250 1 , 2 , 17 , 18 (1) , 19预习： 6.1 单质的物理性质