1、参考学时：8-10 宏观物质 亚微观结构 分子 原子 基本粒子化合物的性质化合物存在 的状态化学反应的 历程能量最低原理电子效应空间效应1.1 1.1 原子结构的近代概念原子结构的近代概念1.2 1.2 原子原子核外电子的排布和元素周期律核外电子的排布和元素周期律1.3 1.3 化学键和分子构型化学键和分子构型1.4 1.4 共价分子的空间构型共价分子的空间构型1.5 1.5 分子间力和氢键分子间力和氢键1.1 1.1 原子结构的近代概念原子结构的近代概念1.1.11.1.1、经典原子模型经典原子模型1.1.21.1.2、原子结构的近代概念原子结构的近代概念1.1.3 1.1.3 原子轨道和电
2、子云原子轨道和电子云1.1.4 1.1.4 多电子原子中轨道的能级多电子原子中轨道的能级1.1.11.1.1、经典原子模型经典原子模型J.DaltonJ.Dalton原子模型原子模型 原子是物质的不可再分的最小原子是物质的不可再分的最小实心微粒实心微粒。阴极射线阴极射线 19世纪末，X射线、电子射线被发现，结果表明原子是可以分割的，不是最后质点。2 2J.J.ThomsonJ.J.Thomson的的“浸入式浸入式”原子模原子模型型认为原子是由带正电的均匀连续体和在其中运认为原子是由带正电的均匀连续体和在其中运动的负电子构成。动的负电子构成。3 3E.RuthorfordE.Ruthorford
3、的的“含核含核”原子模原子模型型认为原子中心有一个小而重的带正电荷的原子核，认为原子中心有一个小而重的带正电荷的原子核，核外有电子绕核的外围作空间运动。核外有电子绕核的外围作空间运动。4 4BohrBohr原子模型原子模型 指出微观粒子运动具有指出微观粒子运动具有量子化的特征量子化的特征，提出了，提出了关于关于原子轨道能级原子轨道能级的概念。的概念。1.1.21.1.2、原子结构的近代概念、原子结构的近代概念1 1波粒二相性波粒二相性 2 2运动的统计性运动的统计性1 1 波粒二象性波粒二象性对于光的本性，曾经有微粒说、波动说的长对于光的本性，曾经有微粒说、波动说的长期争论，后来确认光既具有微
4、粒性，又具有波期争论，后来确认光既具有微粒性，又具有波 动性，称为动性，称为波粒二象性波粒二象性。物质波的概念物质波的概念 19241924年年de Brogliede Broglie在光的启发下提出一在光的启发下提出一切物质都具有粒子性和波动性切物质都具有粒子性和波动性 ，即，即波粒二象性波粒二象性 把作为粒子特征的把作为粒子特征的动量动量P和表现波特性和表现波特性的的波长波长 联系起来。联系起来。P=EV=h V=h 或 hp重重 25g25g的子弹，飞行速度为的子弹，飞行速度为 9.09.010102 2m.sm.s1 1，其其 =2.94=2.9410103535m m重重 9.19.
5、1101028 28 g g电子，运动速度为电子，运动速度为 3 310106 6m ms s1 1，其其 =2.4=2.410101010m m 可见，对于宏观物质，其波动性微乎甚微，可以忽略，但对于微观微粒，其波动性相对较大，成为重要性能。可见，对于较重的宏观物体，其物质波极短，不能察觉，波动性可以忽略，但对于电子、质子、中子、原子、分子等微观粒子，就必须考虑其波动性，就是说，微观粒子都具有波粒二象性1927年，Davisson(戴维逊）、Germer(盖末）通过电子衍射证实了de Brogliede Broglie（德布罗伊）（德布罗伊）的假设，的假设，即电子和光子一样具有波粒二象性。即
6、电子和光子一样具有波粒二象性。微观粒子具有波粒二象性，就不能象宏观物体那样在确定的时间断内准确的描述出其运动的轨迹。微观粒子的运动符合下列关系：微观粒子的运动符合下列关系：X 为微观粒子在某一方向x上的位置（或坐标）测不准量；Px 为动量在x方向的分量测不准量；h 为Planck常数。2hPxx1.1.3 原子轨道和电子云1、波函数和原子轨道2、四个量子数3、波函数与电子云19261926年，年，SchrSchrdingerdinger（薛定谔）根据德布罗伊（薛定谔）根据德布罗伊 物质波的观点将电子的粒子性代入波动方程。物质波的观点将电子的粒子性代入波动方程。是描述波动的函数，称为是描述波动的
7、函数，称为波函数波函数，可用来表，可用来表示任何微观粒子的行为。示任何微观粒子的行为。)(2cosEtxphA波函数波函数是三维空间是三维空间x x、y y、z z的函数，的函数，其二阶偏微分方程就是有名的其二阶偏微分方程就是有名的薛定谔方程薛定谔方程电子的波函数电子的波函数 对原子核外电子运动的描对原子核外电子运动的描述具有十分重要意义：述具有十分重要意义：波函数不同，其能量不同。每一个波函数，都表示核外电子运动的一种状态，称为原子轨道。0)VE(hm8zyx22222222 电子的波函数电子的波函数，通过求解薛定谔方程得到，在，通过求解薛定谔方程得到，在求解过程中，需要三个常数（求解过程中
8、，需要三个常数（n n、l l、m)m)进行限制才进行限制才有物理意义。这三个常数称为有物理意义。这三个常数称为量子数量子数，每一组常数，每一组常数表示一个原子轨道（一种状态）表示一个原子轨道（一种状态）。(1)主量子数 n （2）角量子数 l （3）磁量子数 m （4）自旋量子数 ms（1）主量子数主量子数 n 1 2 3 4 5 6 7 （2）角量子数 l角量子数 l 又叫副量子数，表示电子亚层。它确定着轨道的能级和形状。角量子数 l 的值为：0 n1 表示有n个压层 主量子数主量子数 n n 1 2 3 4 1 2 3 4 角量子数角量子数 l l 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3
9、0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 角量子数 l符号与形状 轨道符号 s p d f 轨道形状 球形 双球形 花瓣形同样，l 的值越大，轨道距核越远，能量越高（3）磁量子数 m角量子数 0 1 2 3 0 1 2 3 轨道符号 s p d f s p d f 轨道数目 1 3 51 3 5 7 7 m m 符号符号 0 -1 0+1 -2-1 0+1+2m m 不影响轨道能级，l l相同时，2 2l l+1+1个m的能级相同，称为简并轨道，或等价轨道。n 1 2 3符号 K L Ml 0 0 1 0 1 2符号 1s 2s 2p 3s 3p 3dm 0 0 -1 0+1 0 -1 0+1
10、-2-1 0+1+2符号 1s 2s 2px 2py 2pz 3s 3px 3py 3pz 3dxy3dyz3dxz量子数关系图 s、p、d电子云的角度分布图自旋量子数 ms 并不是求解薛定谔方程得出的，它是人们研究氢光谱的精细结构时，证实了每个轨道上存在着自旋相反的两个电子，为了表达这两个电子的区别，引出的第四个量子数ms。它只有1/2、1/2两个取值。表示为、。实际上它表示电子的状态，与轨道没有关系 原子核外电子的状态由这四个量子数确定，一个电子一个状态，原子核外不可能有状态相同的两个电子。S 轨道电子云轨道电子云P 轨道电子云轨道电子云出现95%的区域构成图案 1.1.4 1.1.4 多
11、电子原子中轨道的能级多电子原子中轨道的能级能级排列能级排列屏蔽效应屏蔽效应钻穿效应钻穿效应能级交错能级交错 近似近似能级图能级图3 徐光宪院士于1956年提出了经验公式，能基本上反映鲍林能级图。产生能级交错的主要原因是：内层电子对外层电子产生的屏蔽效应 轨道形状不同而产生的贯（钻）穿效应 1.2.1 1.2.1 核外电子排布的规则核外电子排布的规则 Pauli(Pauli(泡利泡利）不相容原理不相容原理 能量最低原理能量最低原理 HundHund(洪特洪特)规则规则1.2.2 1.2.2 核外核外电子构型与元素周期律电子构型与元素周期律1.2.3 1.2.3 原子结构与元素周期表的关系原子结构
12、与元素周期表的关系1.2.4 1.2.4 元素性质变化的周期性元素性质变化的周期性1.2.2 1.2.2 核外核外电子构型与元素周期律电子构型与元素周期律 周期表从氢元素开始，迄后的各元素随着原子核电荷（即原子序数）的增加,依次增加一个电子到核外电子层，并遵从上述三原则。随着元素原子序数的增加，其原子中的电子在轨道中按照能量由低到高的顺序填充。1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d21s 2s 2p 3s 3p 3d 4sc.轨道图1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2b.电子层a.能级顺序 电子处于全充满或半充满时，是比较稳定的，因此，在不违背最低能量原理时，电
13、子将尽可 能选择下面两种排布：全充满 P6或d10，f 14 半充满 P3或d5，f 7 如：铬（Cr）Ar3d 54s1 而不是 Ar3d 44s2 铜（Cu）3d 104s1 而不是 Ar3d 94s 2 各种元素的电子构型见表1.2（12页）例题：试确定原子序数为15，24，42，70的原子的电子构型？答：101518(n=3)因此，原子实为Ne，外层电子为15105，其排布首先进入3s轨道（2个电子），其次，剩余3个电子进入p轨道。Ne3s23p3.或1s2 2s22p6 3s23p3182436(n=4),因此，原子实为Ar，外层电子为24186，2个电子首先进入4s轨道，剩余4个电
14、子依次排入3d轨道，理应为Ar3d44s2,(d轨道优选半满）Ar3d54s15476（除了考虑阴离子的电子云形变外，阳离子本身也会发生相应的变形）AgF AgCl AgBr AgI键型键型离子键 过渡型键 过渡型键 共价键颜色颜色白色 白色 浅黄色 黄色溶解度溶解度分解温度分解温度 /mol.L/mol.L-1-1/CuCu+（96pm96pm），），1818电子构型电子构型 CuClCuCl（共价化合物），不溶于水，加热分解（共价化合物），不溶于水，加热分解NaNa+（95pm95pm），），8 8电子构型电子构型2 2 共价键共价键（1 1）价键理论）价键理论（2 2）杂化轨道理论）杂化
15、轨道理论（3 3）配位键）配位键（1 1）价键理论）价键理论价键理论认为,原子形成分子时,充满电子的内层轨道没有贡献,不予以考虑.只考虑未充满电子的外层轨道(称为价层)形成共价键1）形成）形成 2）共价键的特性）共价键的特性 3）共价键的类型）共价键的类型 4）价键理论存在的问题）价键理论存在的问题价键理论认为若原子在未化合之前有未充满电子的轨道则这两轨道相互重叠形成共价键。轨道重叠时必须相位相同（即方向相同）。轨道以最大程度重叠构成一个共价键。且不能再与第三个电子结合。2 2）共价键的特性）共价键的特性具有饱和性和方向性具有一定的键长、键角、键能（键参数）。键长：分子内两个成键原子核间的平均
16、距离。两原子的电负性相差越大，键的极性越强，离子键成分越大，键长与半径加和的差值就越大 键角：分子中相邻两个键间的夹角。键能：原子轨道重叠释放出的能量。极性和键矩：0时，形成非极性共价键；|0时为极性共价键，当|1.7为离子键。键矩：ql 键矩越大，键的极性就越强。分子式分子式键长键长/pm键角键角H2O95.810445H2S133.692.1NH3100.810718PH3141.993.6CH4109.110928CO2116.2180表表5-11 键长和键角键长和键角 3 3）共价键共价键的类型的类型 键：键：成键轨道沿键轴方向以头碰头方式重叠。可绕键轴自由旋转。键：键：成键轨道垂直于
17、键轴而且相互平，以行成键轨道垂直于键轴而且相互平，以行肩并肩肩并肩 的方式重叠。的方式重叠。不能绕键轴自由旋转。不能绕键轴自由旋转。键：由两个d轨道四重交盖而成。键只有两个节面（电子云密度为零的平面）。4 4）价键理论存在的问题）价键理论存在的问题 价键理论有较大的局限性,有许多现象不能解释。如：CH4（C 2s22p2）只有两个未成对电子，却形 成4个共价键BF3（B 2s22p1）只有一个未成对电子，却形 成3个共价键H2O（O 2s22p4）虽然未成对电子与形成的共 价键吻合，但键角不是900 价键理论除能解释少数简单的双原子分子外，与大部分化合物的成键情况都不相符。(2)杂化轨道理论1
18、）Pauling提出了杂化轨道理论2）常见的杂化轨道及空间构型3）非等性杂化 在形成分子的过程中，类型不同而能量相近的价层轨道相互混杂，重新线性组合成一组能量相等、成分相同的新轨道，叫做杂化轨道，这一过程称为杂化。充满电子的内层轨道没有贡献,不予以考虑.只考虑未充满电子的外层(价层)轨道形成共价键杂化轨道理论仍然接受价键理论的基本概念，即杂化理论的要点：原来的价层轨道重新线性组合形成新的原子轨道这里的价层轨道是指原来原子轨道主层的最外层和次外层 新的原子轨道按照价键理论的规测形成共价键 杂化轨道的特点：轨道杂化前后数目相同、轨道的能量总和相同 形成的杂化轨道能量相同、性质相同，是简并轨道形成的
19、杂化轨道以最大距离均匀分布在原子核周围形成的杂化轨道只形成共价键SP 杂化 直线 SP2 杂化 三角形 SP3 杂化 四面体SP3d 杂化 三角双锥d2SP3杂化 八面体1s22s22p01s22s22p12s2psp22s2psp31s22s22p2sp32p2sSp杂化Sp2杂化Sp3杂化Sp3d杂化d2Sp3杂化H2ONH3CH4 1 1）.配合物的组成配合物的组成配离子Cu(NH3)4 2+SO42-中心原子配位原子配体配位数内层外层配体（中性分子或阴离子）内层中心离子（阳离子）配合物 外层 K3+Fe(CN)6 3-中心原子配位原子配体配位数外层内层中心原子是具有空轨道的离子或原子配
20、体可以是阴离子或中性分子，也可由多种配体组成配位原子是具有孤电子对的元素SOSO4 42-2-2+2+CHCH2 2CHCH2 2H H2 2N NH H2 2N NCHCH2 2CHCH2 2NHNH2 2NHNH2 2uCu(NH2CH2CH2NH2)2SO4 鳌合物 一个配体中有多个配位元素a内层和外层的命名顺序常按电性编排，负离子在前，正离子在后。b对于内界则有下列规定：1）在配位体与中心离子的名称之间加一“合”字：某（指配位体）合某（指中心离子）。（2）在配位体名称前用汉字一、二、三标明其数目，在中心离子的名称后用罗马数字（）、（）、（）标明其化合价或氧化数，若中心离子只有一种化合价
21、也可不标明。（3）若内界有多种配位体，其命名顺序是：由简单到复杂，先离子后分子，（化学式的书写顺序与此相反）。Fe(CN)64-K3Fe(CN)6Pt(NH3)4(NO2)ClCl2Co(NH3)3 Cl3价层电子对互斥理（价层电子对互斥理（VSEPRVSEPR法）是研究法）是研究多原子分子的空间构型的又一理论模型。多原子分子的空间构型的又一理论模型。它不考虑共价键是怎么形成的它不考虑共价键是怎么形成的 ，而，而只是研究单中心分子（只是研究单中心分子（ABn型分子）的几何构型。ABnABn型多原子共价分子（或原子团）的几何型多原子共价分子（或原子团）的几何构型主要构型主要由由A A原子价层电子
22、对的相互排斥作用所原子价层电子对的相互排斥作用所决定。决定。当当价层电子对数目价层电子对数目一定时，这些电子对排在一定时，这些电子对排在彼此相距尽可能远的空间位置上，以使价电子对彼此相距尽可能远的空间位置上，以使价电子对之间的互斥作用尽可能最小，而使分子趋于稳之间的互斥作用尽可能最小，而使分子趋于稳定，因此，分子尽可能采取定，因此，分子尽可能采取对称的结构对称的结构。电子对数与分子构型的关系价电子 对数 2 3 4 5 6分子 直线形 平面 四面体 三角双 正八面 构型 三角形 锥形 体形中心原子中心原子A A 的价层电子对数的确定的价层电子对数的确定2提供的共用电子数配位原子的价电子数中心原
23、子价层电子对数目BA例例1:1:SOSO2 2分子分子中心原子中心原子S SS S的的价层电子数价层电子数=6=6O O提供的公用电子数提供的公用电子数=0=0价层电子对数价层电子对数=6/2=3=6/2=3由于三对价层电子对中有一对是孤电子，由于三对价层电子对中有一对是孤电子，因此因此SOSO2 2分子结构为分子结构为 角角 形形NH4+N的的价层电子数价层电子数=5H提供的公用电子数提供的公用电子数=3价层电子对数价层电子对数=(3+5)/2=4SO42S的的价层电子数价层电子数=6O提供的公用电子数提供的公用电子数=2价层电子对数价层电子对数=（6+2）/2=4NH4+、SO42都是四面体都是四面体ClF3ClCl的的价层电子数价层电子数=7=7F F提供的公用电子数提供的公用电子数=3=3价层电子对数价层电子对数=(3+7)/2=5=(3+7)/2=5ClFClF3 3的的5 5对价层电子中有对价层电子中有2 2对孤对电子，对孤对电子，故其结构为故其结构为 T T 型型
