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1、第一章 物质结构基础,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,第三节 分子间力和氢键,第二节 化学键,第一节 原子结构与原子周期律,学习目标,课后习题,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,学习目标：,了解分子间作用力及氢键的有关概念及它们对物质性质的影响。,理解离子键的形成；原子核外电子运动状态的描述；元素性质的递变规律；简单分子的空间构型。,掌握核外电子的排布规律；元素周期律和元素周期表的结构；共价键的本质、形成过程、特点和类型。,能利用原子结构知识解释共价键的形成、本质；应用分子间作用力和氢键解释它们对物质性质的影响。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,1.为什么煤能燃烧而岩石不
2、能燃烧？,思考：,2.为什么不同的矿石能炼出不同的金属？为什么柔软的高岭土经过高温就会变成晶莹坚固的瓷器？ 自然界物质的种类繁多，性质千差万别。物质在性质上的差异主要是由于物质的内部结构不同引起的，物质结构主要包括原子结构、化学键、分子结构等。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,第一节 原子结构与原子周期律,一、核外电子的运动状态 1.电子云,【假设】有一架特殊的照相机，给氢原子照相，结果得到如下图所示图象。,图中 表示原子核，小黑点表示电子。,电子的质量很小，它在原子核外直径为 10-10 m的空间作接近光速的高速运动，其运动规律与宏观物体不同，,电子在核外的运动，没有确定的轨道，不能
3、同时准确的确定它在某一瞬间的位置和运动速度。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,对于最简单的核外只有一个电子的氢原子，我们用假想的照相机给它照相，对单张照片进行分析，电子似乎在核外作毫无规律的运动，但假如给氢原子拍成千上万张照片，并将照片叠加起来，即得下图所示的图象。,电子云：电子经常在核外空间一个球形区域内出现，如同一团带负电荷的云雾，笼罩在原子核的周围。 电子云的特点：电子云呈球形对称，离核越近，密度越大；离核越远，密度越小。空间某处单位体积内电子出现的概率称为概率密度。因此，电子云是电子在核外空间出现的概率密度，是用来描述核外电子运动状态的。,电子云,高等教育出版社 高等教育电子音
4、像出版社,2.核外电子的运动状态 （1）电子层 在多电子原子中，核外电子的能量并不相同。根据电子能量的差异和离核远近的不同，可以将核外电子分成不同的电子层，用n表示，n的取值是1、2、3、n等正整数，一个n表示一个电子层，电子层是决定电子能量高低的主要因素。n值越大，表示电子所在的电子层离核越远，能量越高。不同的电子层也常用符号来表示：,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,（2）电子亚层和电子云的形状 把一个电子层分为一个或几个亚层，这些亚层分别用s、p、d、 f等光谱符号表示。s亚层电子云是以原子核为中心的球体，p亚层的电子云是哑铃形，如下图所示，d亚层和f亚层的电子云较为复杂。,高等教
5、育出版社 高等教育电子音像出版社,（3）电子云的伸展方向 电子云不仅有确定的形状，而且有一定的伸展方向。在一定电子层上，具有一定形状和伸展方向的电子云所占据的空间称为一个原子轨道。,核外电子可能存在的状态数,每个电子层可能有的最多原子轨道数应为n2。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,（4）电子的自旋 实验证明，电子除了绕核做高速运动外，还存在本身的自旋运动。电子自旋状态只有两种，即顺时针方向和逆时针方向，常用“”和“”来表示两种不同的自旋方向。由于自旋方向相同的两个电子所产生的磁场方向相同，互相排斥，不能在同一轨道内运动，而自旋方向相反的两个电子互相吸引，能在同一原子轨道内运动。 综上
6、所述，电子在核外的运动状态必须由电子层、电子亚层、电子云的伸展方向和自旋状态4个方面确定。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,3.原子核外电子的排布 （1）多电子原子轨道的能级 相同类型亚层之间的能量顺序为： E1SE2SE3SE4S，E2PE3PE4P 同一原子中的同一电子层内，各亚层之间的能量顺序为： EnsEnpEndEnf 同一原子中第三层以上的电子层中，不同类型的亚层之间会出现某些电子层序数较大的亚层的能量反而低于某些电子层序数较小的亚层的能量，这种现象称为能级交错。如E4sE3dE4p, E5sE4dE5p。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,1939年美国科学家鲍林（
7、L.Pauling）根据光谱实验结果总结出多电子原子中各原子轨道能级的相对高低情况，称为原子轨道近似能级图。,图中方框表示原子轨道，其位置的高低表示轨道能级的高低，每一个虚线方框中的n个轨道的能量相近，称为一个能级组。相邻能级组之间能量差别较大。,原子轨道,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,(2)核外电子的排布规律 核外电子的排布一般遵循以下规律：,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,（3）基态原子的电子排布 电子层结构：电子在原子轨道中的排布方式。,电子排布式。按电子在原子核外各亚层中分布的情况，在亚层符号的右上角注明排列的电子数。例如12号元素镁和17号氯的电子排布式为： 根据洪
8、特规则的特例，24号铬和29号铜的核外电子排布式为： “原子实”是指原子内层电子构型与某一稀有气体电子构型相同时，在方括号内写上该稀有气体的元素符号来表示。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,轨道表示式。 轨道表示式：使用方框或圆圈代表原子轨道，在圆圈的上方或下方注明轨道的能级，圆圈内用向上或向下的箭头表示电子的自旋状态。,价电子层结构式。 价电子层结构：在电子排布式中，价电子所在的电子层分布。 主族元素的价电子结构为ns12np16，副族元素（镧系、锕系元素除外）的价电子结构为(n-1)d110ns12。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,原子序数136号元素的原子核外电子排布,
9、高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,1.电子层结构与元素周期律,二、原子结构与元素周期律 元素周期律：素的性质随着元素原子序数的递增而呈周期性的变化。 元素周期表：元素周期律的图表形式。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,(1)周期 元素周期表共有7个横行，每个横行表示1个周期，共有7个周期。同一周期的元素具有相同的电子层数，从左到右按原子序数递增的顺序排列。周期的序数等于该元素的原子具有的电子层数。,第1周期为特短周期，只有两种元素；,第2、3周期为短周期，各有8种元素；,第4、5周期为长周期，各有18种元素；,第6周期为特长周期，有32种元
10、素；,第7周期为不完全周期，现在只有28种元素，尚未填满。,同一周期从左到右，各元素原子最外层电子结构都是从ns1开始至ns2np6结束（第1周期除外），从活泼的碱金属开始，逐渐过渡到稀有气体为止。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,(2)族 元素周期表共有18个纵行，其中8、9、10三个纵行称为一族。其余15个纵行，每个纵行称为一族，分为8个主族(A)和8个副族(B)。同族元素电子层数不同，但价电子构型基本相同（少数除外）。 元素周期表中有8个主族，其原子核外最后一个电子填充在ns或np亚层上，价电子构型为ns12或ns2np16，表示为AA。主族元素的序数等于元素的最外层电子数。A族
11、为稀有气体，由于这些元素原子的最外层均已填满电子，因此它们的化学性质很不活泼，在通常情况下难以发生化学反应，过去曾称为零族或惰性气体。 元素周期表中有8个副族，其原子核外最后一个电子填充在(n-1)d或(n-2)f亚层上，价电子构型为(n-1)d110ns02，表示为BB。副族元素也称为过渡元素，其中镧系和锕系称为内过渡元素。BB族元素的族数等于元素原子的价电子总数。B、B族元素由于其(n-1)d亚层已经填满，所以最外层ns亚层上的电子数等于其族数。B族有三个纵行，它们的价电子数与其族数不完全相同，电子总数在810之间。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,(3)区,s区元素：价电子构型为
12、ns12，包括A和A族，它们都是活泼金属（氢除外），容易失去电子形成阳离子。,p区元素：价电子构型为ns2np16，包括AA族，既有金属元素、非金属元素，也有稀有气体。,d区元素：价电子构型为(n-1)d19ns12，（钯除外），包括BB族，它们都是金属元素。,ds区元素：价电子构型为(n-1)d10ns12，次外层轨道已充满电子，包括B和B族，它们都是金属，也属于过渡元素。,f区元素：价电子构型为(n-2)f 014(n-1)d02ns2，包括镧系和锕系元素。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,(4)元素性质的周期性变化,原子半径。,高等教育出版
13、社 高等教育电子音像出版社,一般说来，共价半径最小，金属半径较大，范德华半径最大。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,周期表中各元素的原子半径（单位：pm）,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,电离能。 元素原子失去电子的难易，可用电离能来衡量。一个气态的基态原子失去1个电子，变成+1价气态离子所需的能量，称为该原子的第一电离能(I1)，气态+1价离子再失去一个电子成为+2价气态离子所需的能量，称为第二电离能(I2)。依次类推。通常I1I2I3。,元素原子的第一电离能I1(kJ/mol),高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,电子亲合能。 元素原子结合电子的难易，可用电子亲合能来衡
14、量。一个气态的基态原子获得1个电子，形成一个-1价的气态离子所放出的能量，称为第一电子亲合能(Y1)，气态-1价离子再得到1个电子变成-2价气态离子时，所吸收的能量称为第二电子亲合能(Y2)。,部分元素的电子亲合能(kJ/mol),高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,电负性。 电负性是指元素的原子在分子中吸引成键电子的能力。电负性越大，原子在分子中吸引电子的能力越强；反之，该原子吸引成键电子的能力就越弱。,电负性表,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,第二节 化学键,化学键：组成物质的分子或晶体中相邻原子（或离子）之间强烈的相互作用。 化学键可分为离子键、共价键、金属键等。形成的晶体为
15、离子晶体、原子晶体和分子晶体、金属晶体。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,一、离子键 【实验】金属钠在氯气中剧烈燃烧，生成白色氯化钠固体。,当钠原子与氯原子接触时，钠原子最外层的1个电子就转移到氯原子的最外电子层上，形成带正电的Na+和带负电的Cl-。都达到了稀有气体原子的稳定结构。Na+和Cl-之间因强烈的静电引力而靠近，达到一定距离时，引力和电子与电子、原子核与原子核之间的排斥力达平衡时，Na+与Cl-之间就形成了稳定的化学键-离子键。 离子键：阴、阳离子间通过静电作用而形成的化学键。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,二、共价键 【思考】两个氢原子可以通过共用电子对形成H2
16、分子，三个氢原子能否靠共用电子对形成H3？ 1916年美国化学家路易斯(Lewis)提出经典的价键理论，他认为H2、O2、N2等分子的原子间可以共用一对或几对电子，每个原子都达到稳定的稀有气体原子的结构。这种原子间通过共用电子对形成的化学键叫做共价键。经典价键理论成功解释了同种元素的原子的成键情况，但这一理论不能解释两个氢原子可以形成电子对，三个氢原子能否共用电子形成H3？为了解决这些矛盾，1927年德国化学家海特勒(Heitler)和伦敦(London)用量子力学方法处理H2分子的形成，以后鲍林等人提出了现代价键理论，又称电子配对法。,高等教育出版社 高等教育电子音像出版社,1.现代价键理论,电子配对原理。 一个原子有几个未成对电子，便可以和几个自旋相反的未成对电子配对形成共价键。若A、B两原子各有一个未成对电子
