1、 大学化学电子教案大学化学电子教案 长春工业大学长春工业大学 化学教研室化学教研室 第二章第二章 物质的结构和材料的性质物质的结构和材料的性质第第1 1节节 原子核外电子运动状态原子核外电子运动状态一、波粒二象性是核外电子运动的基本特征一、波粒二象性是核外电子运动的基本特征1919世纪末的三大发现世纪末的三大发现X X射线（射线（1895年）年）放射性（放射性（1896年）年）核和电子（核和电子（1897年）年）光子的波粒二象性光子的波粒二象性爱因斯坦爱因斯坦 1924年年，德布罗依德布罗依物质波物质波 电子衍射示意图电子衍射示意图电子衍射示意图电子衍射示意图晶体粉末晶体粉末狭缝狭缝多晶电子衍
2、射图多晶电子衍射图 单晶电子衍射图单晶电子衍射图电子束电子束电子衍射仪电子衍射仪原子结构的波动力学模型原子结构的波动力学模型(1)海森堡的不确定原理海森堡的不确定原理:不可能同时测得电子不可能同时测得电子的精确位置和精确动量的精确位置和精确动量 ！(2)具有波粒二象性的电子，不再遵守经典力学具有波粒二象性的电子，不再遵守经典力学规律，它们的运动没有确定的轨道，只有一定规律，它们的运动没有确定的轨道，只有一定的空间概率分布。实物的微粒波是概率波。的空间概率分布。实物的微粒波是概率波。 1926年薛定谔建立了著名的微观粒子（定年薛定谔建立了著名的微观粒子（定态）波动方程，一般称薛定谔方程：态）波动
3、方程，一般称薛定谔方程： 0)(822222222VEhmzyx薛定谔方程薛定谔方程 波尔波尔 薛定谔薛定谔二、电子运动状态描述的三种方法二、电子运动状态描述的三种方法1. 波函数和原子轨道波函数和原子轨道 波函数波函数是薛定谔方程的解，它是描述核是薛定谔方程的解，它是描述核外电子在空间出现的数学函数式，可分解为外电子在空间出现的数学函数式，可分解为径向部分和角度部分。径向部分和角度部分。 波函数波函数 = 薛定谔方程的合理解薛定谔方程的合理解 = 原子轨道原子轨道 +xyzxyz+-xyz-+xyz-+xyz-+xyz-+xyz-+xyz-+xyz+-原子轨道原子轨道的径向分布的径向分布rD
4、(r)3s2s1s+xyz+xyz+xyz原子轨道原子轨道的径向分布的径向分布D(r)3p2prxyz-+xyz-+S电子云电子云p 电子云电子云d 电子云电子云2. 概率密度和电子云概率密度和电子云|2 s s电子云的空间分布界面图电子云的空间分布界面图电子云是电子在空间运行的统计结果电子云是电子在空间运行的统计结果 到电子云到电子云2 2( (r r, , ,) )波函数波函数和电子云和电子云|2区别区别波函数是一个数学函数波函数是一个数学函数, , 很难阐述其具体很难阐述其具体的物理意义，只能将其想象为特定电子在原子的物理意义，只能将其想象为特定电子在原子核外可能出现的某个区域的数学描述
5、。核外可能出现的某个区域的数学描述。 原子轨道有正负之分，电子云不再有原子轨道有正负之分，电子云不再有“+”+”、“-”-”之分。之分。 在解薛定谔方程的过程中，为了保证解的在解薛定谔方程的过程中，为了保证解的合理性，自然引入三个参数合理性，自然引入三个参数 n、l、m；它们分它们分别被称做主量子数、角量子数和磁量子数。别被称做主量子数、角量子数和磁量子数。 (2)主主量子数量子数 n 的重要意义：决定电子能量的重要意义：决定电子能量高低的重要因素高低的重要因素。主量子数主量子数 n(1) n 的取值的取值为为1，2，3，正整数。正整数。 (3)在光谱学中常用大写字母在光谱学中常用大写字母 K
6、，L，M，N，O，P，Q 表示表示 n = 1，2，3，4，5，6，7 的电子的电子层层。3. 量子数量子数角量子数角量子数 l(1)表征电子绕核运动的角动量的大小。表征电子绕核运动的角动量的大小。(2)角量子数角量子数 l 的取值为的取值为： 0，1，2，3，（，（n -1） (4)物理意义：确定原子轨道或电子云形状。物理意义：确定原子轨道或电子云形状。(3)光谱符号光谱符号：s，p，d，f 电子亚层电子亚层磁量子数磁量子数 m(1)表征了原子轨道在空间的伸展方向。表征了原子轨道在空间的伸展方向。 (3)磁量子数磁量子数 m 确定了角动量在外磁场方向确定了角动量在外磁场方向上的分量大小。上的
7、分量大小。 (2) m 可以取可以取 -l，-(l-1)，0，1，(l-1)，l 共共（2l + 1）个数值，即个数值，即 (2l + 1) 个原子个原子轨道。轨道。 自旋量子数自旋量子数 ms (1)描述电子绕自轴旋转的状态描述电子绕自轴旋转的状态(2)自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为(3)ms 取值取值+1/2和和-1/2，分别用，分别用和和表示表示三个量子数确定原子轨道：三个量子数确定原子轨道：n, l, m 四个量子数描述核外电子运动状态：四个量子数描述核外电子运动状态：n, l, m, ms 二个量子数确定原子轨道能量：二个量子数确定原子轨道能
8、量：n, l 练习：练习：1.写出与轨道量子数写出与轨道量子数 n = 4, l = 2, m = 0 的原子的原子轨道名称。轨道名称。 2.判断对错，指出意义判断对错，指出意义（3,2,1）;（1,2,0）; （4,0,0）3s、4p、2d、5f; 1px 、 1py 、 1pz 3.判别下列对原子核外电子运动的说法正确与否判别下列对原子核外电子运动的说法正确与否a.核外电子运动是完全自由的，所以不能同时确核外电子运动是完全自由的，所以不能同时确定它所处的位置和能量；定它所处的位置和能量；b.核外电子运动是受束缚的，它只能在核外某个核外电子运动是受束缚的，它只能在核外某个空间允许的范围出现；
9、空间允许的范围出现；c.核外电子运动是受束缚的，所以它有一定的轨核外电子运动是受束缚的，所以它有一定的轨迹，这轨迹就是原子轨道。迹，这轨迹就是原子轨道。4.电子在核外空间运动时，不能同时确定电子在核外空间运动时，不能同时确定_及及_，这叫电子运动的不确定，这叫电子运动的不确定性或不确定原理。性或不确定原理。5.主量子数的符号用主量子数的符号用_表示，当其为表示，当其为4时，角时，角量子数可取量子数可取_个数值，与最大角量子数组成个数值，与最大角量子数组成的组态符号是的组态符号是_，它有，它有_个轨道。个轨道。6.实验证明高速运动的电子、光子是微粒，同时实验证明高速运动的电子、光子是微粒，同时还
10、存在还存在_现象，所以现象，所以_是电子、光子等是电子、光子等微观粒子的最基本特性。微观粒子的最基本特性。能级跃迁示意图能级跃迁示意图 能级跃迁能级跃迁释放能量释放能量 吸收能量吸收能量 三、能级跃迁和原子光谱分析三、能级跃迁和原子光谱分析(1) 原子发射光谱法原子发射光谱法分析原子发射光谱的特征频率分析原子发射光谱的特征频率元素的定性分析元素的定性分析原子发射光谱法又分为摄谱法和光电计数法原子发射光谱法又分为摄谱法和光电计数法 定量分析定量分析分析原子发射光谱的强度分析原子发射光谱的强度ICP-OES 电感耦合等离子原子发射光谱仪电感耦合等离子原子发射光谱仪( (全谱直读全谱直读 Vista
11、 系列，单道系列，单道 Liberty 系列系列)(2) 原子吸收光谱法原子吸收光谱法AA原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪(Spectra AA系列系列)小结：描述核外电子运动状态的三种方法：小结：描述核外电子运动状态的三种方法：1.波函数和原子轨道波函数和原子轨道2.电子云和概率密度电子云和概率密度3.量子数量子数作业：作业：P 77 5祝同学们学习、生活快乐！ 谢谢各位同学！复习：复习： 二、描述电子运动状态的四个量子数二、描述电子运动状态的四个量子数三、电子运动状态描述的三种方法三、电子运动状态描述的三种方法1.波函数波函数和原子轨道和原子轨道2.电子云电子云|2和概率密度和概率密度3.量子
12、数：量子数：n、l、m、ms第第2节节 元素周期律元素周期律 金属材料金属材料遵循以下三个原则：遵循以下三个原则：一、多电子原子的电子排布一、多电子原子的电子排布近似能级顺序图近似能级顺序图1s2s2p3p3s3d4s4p4d4f5f5d5p5s6s6p6d7s7p5g总的排布结果是使该总的排布结果是使该原子系统的能量最低。原子系统的能量最低。能量最低原理能量最低原理泡利不相容原理泡利不相容原理洪特规则洪特规则(1)主量子数主量子数 n： 角量子数相同时，角量子数相同时，n 越大，越大，原子轨道的能量越高，即：原子轨道的能量越高，即： 1s 2s 3s nd np ns。 一个原子轨道最多能一
13、个原子轨道最多能容纳两个电子，而且这容纳两个电子，而且这两个电子两个电子“自旋方向自旋方向”必须相反，即两个电子必须相反，即两个电子在核周围出现必须相差在核周围出现必须相差（二分之一周期），这（二分之一周期），这样才能保证它们间斥力样才能保证它们间斥力最小。最小。泡利不相容原理泡利不相容原理同一原子轨道中两同一原子轨道中两个电子的排布个电子的排布 在同一能级内，电子尽可能分布在不同的在同一能级内，电子尽可能分布在不同的能量相等的轨道中，这叫洪特规则。能量相等的轨道中，这叫洪特规则。洪特规则洪特规则6C 原子原子：1s22s22p2 IIIIII洪特规则洪特规则的补充的补充如：如：29号元素号元
14、素Cu：是是 Ar3d10 4s1， 而不是而不是 Ar 3d9 4s2。 对于同一对于同一 d 或或 f 亚层，当电子排布为半充亚层，当电子排布为半充满、全充满或全空的情况下的原子系统比较稳满、全充满或全空的情况下的原子系统比较稳定。定。24号元素号元素Cr：是是 Ar3d5 4s1， 而不是而不是 Ar 3d4 4s2。1s4s3d3p3s2p2s1s2s2p3s3p3d4s29Cu24Cr154s 3d1104s 3d外层电子排布式与价电子外层电子排布式与价电子外层电子也叫价电子外层电子也叫价电子主族元素主族元素11Na： 3s117Cl ： 3s23p5副族元素副族元素24Cr ：3d
15、54s14s158Ce：4f15d16s26s2 或或 5d16s2离子的外层电子排布式离子的外层电子排布式 原子失去电子的顺序是按原子核外电子排原子失去电子的顺序是按原子核外电子排布式从外层到内层顺序（即主量子数较大的电布式从外层到内层顺序（即主量子数较大的电子层先失去电子）。子层先失去电子）。例如例如26Fe3+： 1s22s22p63s23p63d53d5 3s23p63d5未成对电子数未成对电子数 如果有未成对电子，那么它不仅有较高如果有未成对电子，那么它不仅有较高的化学活性，还一定有磁性。的化学活性，还一定有磁性。 例如例如17Cl ：3s23p5未成对电子数是未成对电子数是 124
16、Cr ：3d54s1 624Cr3+ ：3s23p63d33例：例：7号元素，号元素，17号元素，号元素，24号元素号元素练习：练习：9号元素，号元素，29号元素，号元素，5号元素号元素二、元素周期律二、元素周期律1.原子结构与元素周期律原子结构与元素周期律主族元素主族元素: s区和区和p区元素区元素 过渡元素过渡元素: d 区元素区元素内过渡元素内过渡元素: f 区元素。填入区元素。填入 4f亚层和亚层和5f亚层的亚层的内过渡元素分别又叫镧系元素和锕系元素。内过渡元素分别又叫镧系元素和锕系元素。 2. 元素基本性质的周期性元素基本性质的周期性 原子半径、电离能、电子亲核能、电负原子半径、电离
17、能、电子亲核能、电负性、氧化值等，呈现明显的周期性。性、氧化值等，呈现明显的周期性。 (1) (1) 原子半径原子半径 一般来说，范德华半径一般来说，范德华半径 金属半径金属半径 共价半径。共价半径。 在讨论原子半径的变化规律时，实际上使在讨论原子半径的变化规律时，实际上使用了上述三种原子半径。用了上述三种原子半径。 范德华半径范德华半径金属半径金属半径共价半径共价半径原子半径数据原子半径数据Li157Be112Mg160Na191Ca197K235Rb250Sr215Ba224Cs272Sc164Mo140Cr129Mn137Tc135Re137Os135Ru134Fe126Co125Rh1
18、34Ir136Pt139Pd137Ni125Cu128Ag144Au144Hg155Cd152Zn137Ti147V135Nb147Y182Hf159Ta147W141Lu172Zr160B88C77N74O66F64Al143Si118P110S104Cl99Ge122Ga153Tl171In167Br114As121Se104Sn158Sb141Te137I133Bi182Pb175同周期原子半径的变化趋势同周期原子半径的变化趋势 ( (一一) ) 使镧系后面的过渡元素铪使镧系后面的过渡元素铪(Hf)、钽钽(Ta)、钨钨(W)的原子半径与其同族相应的锆的原子半径与其同族相应的锆(Zr)、铌
19、铌(Nb)、钼钼(Mo)的原子半径极为接近，造成的原子半径极为接近，造成 Zr和和Hf、Nb和和Ta、Mo和和W的性质十分相似，在自然界的性质十分相似，在自然界往往共生，分离十分困难。往往共生，分离十分困难。 镧系收缩的结果：镧系收缩的结果：同族元素原子半径自上而下增大同族元素原子半径自上而下增大: 电子层依次电子层依次增加增加, 有效核电荷的影响退居次要地位有效核电荷的影响退居次要地位同族原子半径的变化趋势同族原子半径的变化趋势 ( (二二) )同族元素原子半径的变化趋势：同族元素原子半径的变化趋势： (2) 电离能和电子亲和能电离能和电子亲和能 从气态原子失去从气态原子失去 1 个电子成为
20、个电子成为 +1价阳离子价阳离子时所吸收的能量，称为第一电离能时所吸收的能量，称为第一电离能 I1，常用单常用单位位 kJmol1。 气态原子获得气态原子获得 1 1 个电子成为个电子成为 1 1 价阴离子价阴离子时所放出的能量。电子亲和能的数据不全，规时所放出的能量。电子亲和能的数据不全，规律性也不强。律性也不强。 电离能电离能电子亲和能电子亲和能有效核电荷有效核电荷(Z)Z= Z Z 为核电荷为核电荷； 为屏蔽常数为屏蔽常数 同层电子：同层电子： = 0. 35（n = 1 时为时为 0. 30）内一层电子：内一层电子： = 0. 85再内二层电子：再内二层电子： = 1. 00Z= 26
21、例如：例如：35BrZ= 3526Fe（60. 35 + 180. 85 +101. 00 ）= 7. 60(10. 35 + 140. 85 + +101. 00 ）= 3. 75 屏蔽和穿钻效应屏蔽和穿钻效应屏蔽效应：屏蔽效应：对一个指定的电子而言对一个指定的电子而言,它会受到它会受到来自内层电子和同层其他电子负电荷的排来自内层电子和同层其他电子负电荷的排斥力斥力, 这种球壳状负电荷像一个屏蔽罩这种球壳状负电荷像一个屏蔽罩, 部部分阻隔了核对该电子的吸引力。分阻隔了核对该电子的吸引力。钻穿效应：钻穿效应：指外部电子进入原子内部空间，受指外部电子进入原子内部空间，受到核的较强的吸引作用。到核
22、的较强的吸引作用。(3)电负性电负性化合物化合物 电负性元素电负性元素 电正性元素电正性元素ClO2 (Cl-O化合物化合物) O(3.44) Cl(3.16) HCl Cl(3.16) H(2.20) 元素的电负性表示处于化合物中的该元素元素的电负性表示处于化合物中的该元素原子将电子对吸引向自身的能力。原子将电子对吸引向自身的能力。如果原子如果原子吸吸引引电子电子的趋势相对较强的趋势相对较强, 元素在该化合物中显元素在该化合物中显示电负性示电负性;如果原子如果原子吸引吸引电子电子的趋势相对较弱的趋势相对较弱,元素在该化合物中则显示电正性。元素在该化合物中则显示电正性。 H2.1HeLi1.0
23、Be1.5B2.0C2.5N3.0O3.5F4.0NeNa0.9Mg1.2Al1.5Si1.8P2.1S2.5Cl3.0ArK0.8Ca1.0Sc1.3Ti1.5V1.6Cr1.6Mn1.5Fe1.8Co1.9Ni1.9Cu1.9Zn1.6Ga1.6Ge1.8As2.0Se2.4Br2.8KrRb0.8Sr1.0Y1.2Zr1.4Nb1.5Mo1.8Tc1.9Ru2.2Rh2.2Pd2.2Ag1.9Cd1.7In1.7Sn1.8Sb1.9Te2.1I2.5XeCs0.7Ba0.9La1.1.Lu1.2Hf1.3Ta1.4W1.7Re1.9Os2.2Ir2.2Pt2.2Au2.4Hg1.9Tl1
24、.8Pb1.9Bi1.9Po2.0At2.2RnFr0.7Ra0.9Ac1.1LrRf1.3DbSgBhHsMt周期表中的一些元素的电负性周期表中的一些元素的电负性(4) 氧化值氧化值 IA0+10IIAIIIA IVA VA VIA VIIA+2+3-4+4-3+1+3+5-2+4+6-1+1+5+7IIIB IVB VB VIB VIIBVIIIIBIIB+3+2+4+3+5+3+6+2+7+2+3+8+1+2+3+2+1+3+2+4+3+5+4+6变价元素中，下划线的较稳定变价元素中，下划线的较稳定三、金属材料三、金属材料1.金属分类金属分类按颜色分：黑色金属和有色金属按颜色分：黑色金属
25、和有色金属黑色金属：包括铁、锰、铬及其合金。黑色金属：包括铁、锰、铬及其合金。有色金属：除黑色金属以外的所有金属及其有色金属：除黑色金属以外的所有金属及其合金。合金。 有色金属按其密度、化学稳定性及其在地有色金属按其密度、化学稳定性及其在地壳中的分布等，分为以下五类：壳中的分布等，分为以下五类：（1）轻金属）轻金属 密度小于密度小于4.5g cm-3，包括，包括铝、镁、铍、钠、钾、钙、锶、钡、钛。铝、镁、铍、钠、钾、钙、锶、钡、钛。 （2）重金属）重金属 密度大于密度大于4.5 g cm-3，包括铜、，包括铜、镍、铅、锌、锑、钴、汞等。镍、铅、锌、锑、钴、汞等。 （3）贵金属）贵金属 金、银和
26、铂系元素。金、银和铂系元素。（4） 稀有金属稀有金属 含量较少、分布稀散、发现含量较少、分布稀散、发现较晚、难提取或制备应用较晚，如锂、铷、较晚、难提取或制备应用较晚，如锂、铷、铯、铍、铯、铍、稀土元素等。稀土元素等。（5） 放射性元素放射性元素 指金属元素的原子核能自指金属元素的原子核能自发地放射出射线的金属，包括钫、锝、钋、发地放射出射线的金属，包括钫、锝、钋、镭和锕系元素。镭和锕系元素。 2.几种重要的金属元素及其重要化合物几种重要的金属元素及其重要化合物（1）钛及其重要化合物）钛及其重要化合物22Ti ： 3d24s2 密度小（密度小（4.5 gcm-3），熔点高），熔点高(1675
27、)，强度大，耐腐蚀。，强度大，耐腐蚀。钛合金性质钛合金性质 耐腐蚀性强，特别在海水中不会出现孔蚀或耐腐蚀性强，特别在海水中不会出现孔蚀或缝隙腐蚀；高、低温力学性能好。钛合金可用于缝隙腐蚀；高、低温力学性能好。钛合金可用于高速飞机的制造。高速飞机的制造。某些钛合金在低温下能保持良好的塑性、足某些钛合金在低温下能保持良好的塑性、足够的韧性，常用于航空航天器的液氢贮箱够的韧性，常用于航空航天器的液氢贮箱及液氦贮箱。具有记忆功能、超导功能、及液氦贮箱。具有记忆功能、超导功能、储氢功能。如储氢功能。如TiNb合金是超导材料，合金是超导材料，TiMn1.5为储氢材料，钛合金还有亲生物功为储氢材料，钛合金还
28、有亲生物功能，用于制作骨螺钉、人工关节。能，用于制作骨螺钉、人工关节。（2）铬及其重要化合物）铬及其重要化合物24Cr 3d54s1 熔、沸点高，硬度大，易钝熔、沸点高，硬度大，易钝化，耐腐蚀。用于制造特殊钢，如铬钢，化，耐腐蚀。用于制造特殊钢，如铬钢，含铬含铬0.5%，既硬又有韧性。不锈钢中含铬，既硬又有韧性。不锈钢中含铬12-14%。 生物体中的铬主要以生物体中的铬主要以+3+3氧化态形式存在。氧化态形式存在。人体中低浓度的铬广为分布，其中较多在人体中低浓度的铬广为分布，其中较多在组织和器官中。组织和器官中。 铬的生理功能与胰岛素密切相关，在胰铬的生理功能与胰岛素密切相关，在胰岛素促进简单
29、物质合成脂肪时，需三价铬。岛素促进简单物质合成脂肪时，需三价铬。因此三价铬是人体正常的糖代谢和脂代谢的因此三价铬是人体正常的糖代谢和脂代谢的必需微量元素。必需微量元素。 若人体中含铬量太低，往往会导致胆固若人体中含铬量太低，往往会导致胆固醇不正常，引起动脉粥样硬化，使血液病变。醇不正常，引起动脉粥样硬化，使血液病变。通过服用铬剂可得到治疗。六价铬对人体有通过服用铬剂可得到治疗。六价铬对人体有毒，可引起贫血、肾炎、消化道疾病，并有毒，可引起贫血、肾炎、消化道疾病，并有致癌作用。铬存在于海藻、鱼类、豆类中。致癌作用。铬存在于海藻、鱼类、豆类中。(3)锰及其重要化合物锰及其重要化合物 25Mn 3d
30、54s2 锰合金用途大。锰钢（含锰锰合金用途大。锰钢（含锰1215%），硬，能抗冲击并耐磨损。），硬，能抗冲击并耐磨损。 锰是是人体健康必须的微量元素。人体含量锰是是人体健康必须的微量元素。人体含量为为1020mg，是一种酶激活剂。锰在人体中，是一种酶激活剂。锰在人体中主要以主要以Mn3+形式存在，我国规定成人锰的摄形式存在，我国规定成人锰的摄入量为入量为5-10mg/日。日。 缺少锰会影响体内多种维生素的合成和功能、缺少锰会影响体内多种维生素的合成和功能、降低人的抗病能力、造成骨骼畸形、易惊降低人的抗病能力、造成骨骼畸形、易惊厥。但锰过量会导致无力、帕金森症、心厥。但锰过量会导致无力、帕金森
31、症、心肌梗塞。锰存在于干果、粗谷物、核桃仁、肌梗塞。锰存在于干果、粗谷物、核桃仁、板栗、菇类等食物中板栗、菇类等食物中。高锰酸钾常用氧化剂、毒气吸附剂、消毒杀高锰酸钾常用氧化剂、毒气吸附剂、消毒杀菌剂。菌剂。稀土元素稀土元素镧系元素镧系元素57La-71Lu，用，用Ln表示。表示。B族的钪族的钪Sc、钇、钇Y和镧系元素一起统称为稀和镧系元素一起统称为稀土元素。土元素。 稀土元素为稀土元素为+3氧化态时比较稳定，但也有氧化态时比较稳定，但也有+2、+4氧化数。氧化数。彩色荧光粉：彩色荧光粉：( (Y2O2S : Eu3+，红粉；红粉；Y2O2S : Tb3+，绿粉绿粉) )稀土元素产品稀土元素产
32、品 用稀土化合物给材料着色或染色，其色牢度、用稀土化合物给材料着色或染色，其色牢度、光泽等各种指标均优于传统的着色剂和染料。光泽等各种指标均优于传统的着色剂和染料。激光晶体：激光晶体： 钇钕石榴石钇钕石榴石 (Y3Al5O12 : Nd3+)超导材料：超导材料： YBCO稀土永磁体：稀土永磁体：SmCo5、Nd15Fe77B8 等等染料：染料：合金材料合金材料合金合金:由一种金属与另一种或几种其他金属或非由一种金属与另一种或几种其他金属或非金属融合在一起形成的具有金属特性的物质。金属融合在一起形成的具有金属特性的物质。 (2)固溶体合金固溶体合金: 固态溶液固态溶液,不仅在熔融时互溶，不仅在熔
33、融时互溶，在凝固时也保持互溶。固溶体保持了溶剂金属在凝固时也保持互溶。固溶体保持了溶剂金属的晶格，溶质金属分布在溶剂金属的晶格中。的晶格，溶质金属分布在溶剂金属的晶格中。(1)混合物合金混合物合金:两种或多种金属的机械混合物。两种或多种金属的机械混合物。熔融状态时完全或部分互溶，凝固时各组分又熔融状态时完全或部分互溶，凝固时各组分又分别独自结晶出来。分别独自结晶出来。(3)金属化合物合金金属化合物合金: 当两种金属元素原子的外当两种金属元素原子的外层电子结构、电负性和原子半径差别较大时，层电子结构、电负性和原子半径差别较大时，可形成金属化合物合金。包括正常价化合物可形成金属化合物合金。包括正常
34、价化合物和电子化合物和电子化合物 。 大多数金属化合物属于电子化合物。这类大多数金属化合物属于电子化合物。这类化合物以金属键相结合，其成分在一定范围内化合物以金属键相结合，其成分在一定范围内变化，不符合氧化数规则。变化，不符合氧化数规则。 轻质合金轻质合金 以轻金属（镁、铝、钛、锂、铍等）为主以轻金属（镁、铝、钛、锂、铍等）为主要成分的合金材料，以铝合金和钛合金最为重要成分的合金材料，以铝合金和钛合金最为重要。要。 坚铝，含铝坚铝，含铝94%，铜，铜4%，镁、锰、铁、硅，镁、锰、铁、硅各各0. 5%。 硬质合金硬质合金 以硬质化合物为硬质相，金属或合金为黏结以硬质化合物为硬质相，金属或合金为黏
35、结相的复合材料。相的复合材料。 (记忆合金记忆合金 、贮氢合金、贮氢合金)四、人体中各种元素的分布情况四、人体中各种元素的分布情况 人体在漫长的进化历程中，逐步形成了一人体在漫长的进化历程中，逐步形成了一套自我调节系统，选择了元素周期表中约有套自我调节系统，选择了元素周期表中约有 90 90 种稳定元素来构成人体本身并维持生存。种稳定元素来构成人体本身并维持生存。精确测定不同地区人体中化学元素的结果证明，精确测定不同地区人体中化学元素的结果证明，地壳中存在的各种化学元素，在人体中几乎都地壳中存在的各种化学元素，在人体中几乎都能找到，而且人体中这些元素平均含量的相对能找到，而且人体中这些元素平均
36、含量的相对大小，也和地壳内的情况十分相似，变化趋势大小，也和地壳内的情况十分相似，变化趋势也很吻合。也很吻合。 原 子 序 数1051041031021011101102103104地壳岩石中元素的丰度值/(mgkg1)血液(英国人)中元素平均丰度值/(mgcm3)NaFeOBaCSiCaK人体血液和地壳中元素含量的相关性必需的微量元素：有必需的微量元素：有 14 种，它们分别是种，它们分别是 Fe，F，Zn，Cu，Sn，V，Mn，Cr，I，Se，Mo，Ni，As，Co 和和 Br 等，共占人体总质量的等，共占人体总质量的 0. 02%。宏量元素：有宏量元素：有 12 种，它们分别是种，它们分
37、别是 O，C，H，N，Ca， P，S，K，Na，Cl，Mg 和和 Si，占占人体总质量的人体总质量的 99. 98%，是构成生命体的主要是构成生命体的主要元素。元素。宏量元素与宏量元素与微量元素微量元素Li Be BNOFNa Mg AlPSCaSiSc Ti VCr Mn宏量元素的宏量元素的 KCCl 生命线生命线HCKCl生命线生命线 生命体内存在的宏量元素通常分布在元素周生命体内存在的宏量元素通常分布在元素周期表期表( (短表短表) )的最上部分。若以碳元素为起点，向的最上部分。若以碳元素为起点，向钾元素和氯元素作两条连线，则宏量元素基本上钾元素和氯元素作两条连线，则宏量元素基本上分布在
38、这条分布在这条 KCCl 线附近，故有人把这条线称线附近，故有人把这条线称为生命线。为生命线。最适宜营养浓度定律示意图最适宜营养浓度定律示意图元素浓度元素浓度效应效应足量中毒致死缺乏最适宜营养浓度定律最适宜营养浓度定律 人体必需的微量元素具有一定适宜的浓度人体必需的微量元素具有一定适宜的浓度范围，超过或低于这个范围都会引起疾病，范围，超过或低于这个范围都会引起疾病，因此在微量元素摄入过程应当注意剂量因此在微量元素摄入过程应当注意剂量效应效应关系。关系。作业：作业：小结小结:1.原子轨道的能量高低顺序原子轨道的能量高低顺序2.多电子排布三原则多电子排布三原则3.原子结构和周期表的关系原子结构和周
39、期表的关系4.有效核电荷数，电离能，电子亲和有效核电荷数，电离能，电子亲和能，电负性等概念能，电负性等概念901，2，3，5祝同学们学习、生活快乐！ 谢谢各位同学！复习：复习：1.写出写出42号元素核外电子分布式。号元素核外电子分布式。24号元素号元素价电子的轨道表示式。价电子的轨道表示式。2.指出指出3d104s2元素在周期表中的位置（区、元素在周期表中的位置（区、族、周期）。族、周期）。 化学键就是原子结合态（比如分子）中化学键就是原子结合态（比如分子）中相邻原子间较强烈的相互作用。这种结合力相邻原子间较强烈的相互作用。这种结合力的大小常用键能表示，大约在的大小常用键能表示，大约在 125
40、 900 kJmol-1之间。化学键一般分为离子键、共之间。化学键一般分为离子键、共价键和金属键三种。价键和金属键三种。第三节第三节 化学键化学键 分子间力分子间力1.1.离子键离子键 离子键又称电价键，是正、负离子间通过强离子键又称电价键，是正、负离子间通过强烈的静电作用而形成的化学键。离子键没有方烈的静电作用而形成的化学键。离子键没有方向性和饱和性。由离子键结合而形成的晶体叫向性和饱和性。由离子键结合而形成的晶体叫离子晶体。离子晶体。 离子键与电负性有关。离子键与电负性有关。 一般把两元素电负性差大于一般把两元素电负性差大于1.7的键称为离的键称为离子键。子键。1914 年，美国化学家路易
41、斯年，美国化学家路易斯 (G. N. Lewis)2. 共价键共价键由共价键结合而成的化合物称为共价化合物。由共价键结合而成的化合物称为共价化合物。 H + H HH 成键原子间可通过共享一对或几对电子形成键原子间可通过共享一对或几对电子形成稳定的分子。成稳定的分子。由共享电子对形成的化学键称为共价键。由共享电子对形成的化学键称为共价键。(1)价键理论要点（价键理论要点（共价键的形成条件共价键的形成条件） A如果原子在未化合前含有未成对的电子，且如果原子在未化合前含有未成对的电子，且自旋方向相反的话，则可以俩俩偶合构成自旋方向相反的话，则可以俩俩偶合构成“电子对电子对”，每一对电子的偶合就形成
42、一个，每一对电子的偶合就形成一个共价键。（饱和性）共价键。（饱和性） B 原子轨道重叠时，要同号重叠，且要符合原子轨道重叠时，要同号重叠，且要符合最大重叠原理最大重叠原理（方向性）（方向性）+sspzpzxx+ z+ z+pxsx + + + pxpxxpxpx+ zx + zx y键键 键键 共价键的键型：共价键的键型：键、键、键键 H 苯分子的成键苯分子的成键 (a) sp2 轨道成轨道成 键骨架键骨架(b) 6 个个 p 轨道重叠成离域轨道重叠成离域键键定域键和离域键定域键和离域键 作用：作用：“离域键离域键”会增加分子的稳定性；影会增加分子的稳定性；影响物质的理化性质。响物质的理化性质
43、。例：例：OOOO3OCOCO2ONONO2nm离域键表示为：离域键表示为：(2)杂化轨道理论：杂化轨道理论：问题：问题： 如果如果 H2O 和和 NH3 分子中的分子中的 OH 键和键和 NH 键是由键是由 H 原子的原子的 1s 轨道与轨道与 O 原子和原子和 N 原子中单电子占据的原子中单电子占据的2p 轨道重叠形成的，轨道重叠形成的，HOH 和和 HNH 键角应为键角应为 90；事实上；事实上, 上述上述两个键角各自都远大于两个键角各自都远大于90。 同一原子中能量相近的原子轨道组合成成同一原子中能量相近的原子轨道组合成成键能力更强的新的原子轨道，这个过程就叫键能力更强的新的原子轨道，
44、这个过程就叫原子轨道的杂化，新的原子轨道称为杂化轨原子轨道的杂化，新的原子轨道称为杂化轨道。重新组合后的一组轨道如果能量相等、道。重新组合后的一组轨道如果能量相等、空间分布对称，则称为等性杂化，所得的轨空间分布对称，则称为等性杂化，所得的轨道称为等性杂化轨道，如甲烷、乙烯、乙炔道称为等性杂化轨道，如甲烷、乙烯、乙炔中的中的 C。 杂化轨道理论杂化轨道理论+-sp 杂化轨道杂化轨道+-+-+-120osp2 杂化轨道杂化轨道sp3 杂化轨道杂化轨道碳的杂化轨道示意图碳的杂化轨道示意图(a)(b)(c)等性杂化等性杂化2s2p2s2psp2p两个两个 sp 杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化 sps
45、p杂化杂化2s2p轨道轨道2s2p2s2psp2三个三个 sp2 杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化spsp2 2杂化杂化2p2s2s2psp3四个四个 sp3 杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化spsp3 3杂化杂化不等性杂化不等性杂化 NH3 和和 H2O 分子空间构型示意图分子空间构型示意图NHHH106. 6oOHH104. 5oH2O中共价键形成中共价键形成sp3 3 杂化杂化sp3基 态 氧 原基 态 氧 原子的子的 结结 构构杂化轨道杂化轨道NH3中共价键形成中共价键形成spsp3 3杂化杂化基 态 氮 原基 态 氮 原子的子的 结结 构构杂化轨道杂化轨道NH3中共价键形成中共价键形
46、成解释下列问题：解释下列问题： NH3、H2O 的键角为什么比的键角为什么比 CH4 小？小？ CO2 的键角为何是的键角为何是180？ 乙烯为何取乙烯为何取120 的键角？的键角？ 在在 BCl3 和和 NCl3 分子中，中心原子的氧化分子中，中心原子的氧化数和配体数都相同，为什么两者的空间分子结数和配体数都相同，为什么两者的空间分子结构却不同？构却不同？s-p-d杂化和杂化和p-d-s杂化（略）杂化（略）直线型直线型sp 平面平面三角形三角形sp2正四正四面体面体sp3三角三角双锥双锥dsp3正八正八面体面体d2sp3杂化轨道理论小结：杂化轨道理论小结： 杂化轨道理论杂化轨道理论能够很好地
47、解释一些分子的能够很好地解释一些分子的空间构型，空间构型，解释不了像氧分子具有顺磁性等一类解释不了像氧分子具有顺磁性等一类的问题。的问题。 主要观点为：当原子形成分子后，电子不主要观点为：当原子形成分子后，电子不再局限于个别原子的原子轨道，而是从属于整再局限于个别原子的原子轨道，而是从属于整个分子的分子轨道。分子轨道可以近似地通过个分子的分子轨道。分子轨道可以近似地通过原子轨道的适当组合而得到。电子在分子轨道原子轨道的适当组合而得到。电子在分子轨道中的排布规则同样服从能量最低原理、泡利不中的排布规则同样服从能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。相容原理和洪特规则。(3) 分子轨道理论（略）分
48、子轨道理论（略） 3.配位键（共价键里的一种特殊形式）配位键（共价键里的一种特殊形式）4NHHNHHF BF4- 形成条件：成键原子一方提供孤对电子，另形成条件：成键原子一方提供孤对电子，另一方提供空轨道。一方提供空轨道。CO 配位化合物中的中心原子与配体之间形成的配位化合物中的中心原子与配体之间形成的化学键叫配位键，它是由配体中的配位原子单化学键叫配位键，它是由配体中的配位原子单独提供电子对与配位中心原子成键的。独提供电子对与配位中心原子成键的。例如：配合物例如：配合物 Ag(NH3)2Cl H3N + Ag+ + NH3H3N Ag NH3+ CaY2- - 配离子配离子EDTACaONC
49、OOOCONCH2OCOCH2CH2CH2CH2CH2CO2-乙二胺四乙酸根合钙乙二胺四乙酸根合钙(II)6 个配位原子个配位原子 (4 个个 O，2 个个 N)EDTA是著名的解毒剂是著名的解毒剂A BA+ B-4. 键的离子性和共价性键的离子性和共价性共振的结果是系统能量降低，分子趋于稳定。共振的结果是系统能量降低，分子趋于稳定。 H:H， H+H:-， :H - H+ 电负性之差与离子性之间的关系电负性之差与离子性之间的关系电负性之差电负性之差0321离子性离子性 1.0 0.5IBrLiF KFNaClHClHF元素电负性差元素电负性差 离子性离子性 共价性共价性 0.2 1 99 0
50、.6 9 91 1.0 22 78 1.6 47 53 1.8 55 45 2.2 70 30 2.6 82 18 2.8 86 14 3.0 89 11 3.2 92 8小结：小结：1.离子键和共价键离子键和共价键2.共价键中的共价键中的键和键和键，定域键和键，定域键和离域键离域键3.杂化轨道理论杂化轨道理论3.键的离子性和共价性键的离子性和共价性祝同学们学习、生活快乐！ 谢谢各位同学！二、范德华力、次价力和氢键二、范德华力、次价力和氢键1. 范德华力范德华力在小分子中分子间作用力被称做范德华力在小分子中分子间作用力被称做范德华力取向力取向力诱导力诱导力色散力色散力范德华力范德华力取向力：是
