物质结构基础40390资料

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1、第一章 物质结构基础 第一节 核外电子运动状态 第二节 元素周期系和元素的基本性质 第四节节 分子间间作用力 第三节节 化学键键 第一节 核外电子运动状态 原子 原子核 核外电子 质子 中子 （每个质子带一个单位正电荷） （不带电） （每个电子带一个单位的负电荷） 分子是物质能够独立存在 并保持其化学性质的最小微 粒。物质的化学性质主要取 决于分子的性质，分子的性 质又与分子的结构有关。 分子 结构 化学键 空间构型 分子间的作用力 分子内 第一章 第一节 一、原子核外电子的运动 离核愈近，电电子云愈密集，即电电子 云出现现的概率密度愈大。反之，离核 愈远远，电电子云愈稀疏，即电电子云出 现现

2、的概率密度愈小。 注意：电电子云中的小黑点 决不能看成是电电子。 电电子云：用小黑点的疏密形象描述电电子在原子核外 空间间出现现的概率密度分布图图。 第一章 第一节 1924年德布罗罗意预预言：一些实实物粒子 (如电电子、 中子、质质子等)也具有波粒二象性（是指某物质质同时时 具备备波的特质质及粒子的特质质）。 为为了得到电电子运动动状态态的合理解，必需引进进几个 参数n、l、m，称它们为们为 量子数（表征微观观粒子运动动 状态态的一些特定的数字），每个量子数都有其确定的 取值值范围围。 二、核外电子运动状态的描述 第一章 第一节 意义义：描述电电子层层能量的高低次序和离核的远远近 ，有电电子

3、层层的意思。 取值值： 1 2 3 4 5 6正整数 符号： K L M N O P n=1表示能量最低、离核最近的第一电电子层层。 n越大，该电该电 子层层离核平均距离越远远，电电子能量越高 。 n相同，即为为同一电电子层层。 （一）主量子数n 第一章 第一节 对对于单层电单层电 子的，如氢氢，电电子能量完全由n决定 ，对对于多电电子原子来说说，电电子能量除了与n值值有关外 ，还还与电电子亚层亚层 有关。 （一）主量子数n 第一章 第一节 意义义：表示同一电电子层层中有不同的分层层（亚层亚层 ）；确 定原子轨轨道的形状并在多电电子原子中和主量子数一起 决定电电子的能量。 取值值：0 1 2

4、3 4 （n1）正整数 符号：s p d f g （二）角量子数l 第一章 第一节 各电子层内的亚层数各电子层内的亚层数 nl=0 l=1 l=2l=3l=4亚层数 11s1 22s2p2 33s3p3d3 44s4p4d4f4 55s5p5d5f5g5 （二）角量子数l 第一章 第一节 每个n值值最多对应对应 n个不相同的角量子数l，即每 个电电子层层最多有n个亚层亚层 。 l的每个值还值还 可表示 一种形状的原子轨轨道： l=0，s轨轨道，球形； l=1，p轨轨道，哑铃哑铃 形； l=2，d轨轨道，花瓣形 （二）角量子数l 第一章 第一节 注意 多电电子原子轨轨道的能量与n、l有关，而氢氢

5、原 子或单电单电 子离 子原子轨轨道的能量只与n有关。 多电电子原子轨轨道的能量，由n、l 共同决定。 一组组n、 l 对应对应 于一个能级级，其能量相同（即n、l 都 相同）。 在多电电子原子中，n相同， l 越大，E 越大。 EnsEnpEndEnf 即在同一电电子层层中，电电子还还分为为若干不同的能 级级，l 又称为为能级级或电电子亚层亚层 。 第一章 第一节 (同一亚层亚层 中往往还还包含着若干空间间伸展方向不同 的原子轨轨道。) 意义义:决定原子轨轨道或电电子云在空间间的伸展方向 取值值：与l有关，给给定l，m=0、1、 2 l, (2l+1 ）个值值。 如，p轨轨道在空间间有三个方

6、向px、py、 pz （三）磁量子数m 第一章 第一节 通常把在一定的电电子层层中，具有一定形状和伸展方 向的电电子云所占据的原子核外空间间称为为一个原子轨轨道 ，简简称为轨为轨 道。用或表示。 电电子能量与m无关，也就是说说，n、l相同，而m不 同的各原子轨轨道，其能量是完全相同的。这这种能量相 同的轨轨道称为简为简 并轨轨道，或等价轨轨道。如px、py、 pz 属于等价轨轨道。 （三）磁量子数m 第一章 第一节 各亚层的轨道数各亚层的轨道数 亚层 空间取向 轨道数 s 亚层 l=0 mL=0 2l+1=1 p亚层 l =1 mL=0，1 2l+1=3 d亚层 l=2 mL=0，1， 2 2

7、l+1=5 f亚层 l=3 mL=0，1， 2， 3 2l+1=7 （三）磁量子数m 第一章 第一节 电电子除绕绕核运动动外,还绕还绕 着自身的轴轴作自旋运动动 意义义：描述核外电电子的自旋状态态 取值值：+1/2，-1/2 ；， 四个量子数 n, l, m, ms可确定一个电电子在原子核外的 运动动状态态 （四）自旋量子数ms 第一章 第一节 结论结论 ：同一原子中，不可能有运动动状态态完全相同的电电 子存在，即同一原子中各个电电子的四个量子数不可能 完全相同。 一个轨轨道中只能容纳纳2个自旋相反的电电子； 各电电子层层的轨轨道数=n2 各电电子层电层电 子的最大容量=2n2 （四）自旋量子

8、数ms 第一章 第一节 1-1 （四）自旋量子数ms 第一章 第一节 1. n 不同， l 相同。 n 越大，电电子云的径向分布 图图的主峰离核越远远，轨轨道的能量越高； E1sE2s E3s E2p E3p E4p E3d E4d E5d E4f E5f 三、原子核外电子排布 （一）电子分布与近似能级图 2. n 相同， l 相同。 l 越大，能量越高。 第一章 第一节 在一定情况下nd 轨轨道的能量可能高于(n+1)s 轨轨道的能量，nf 轨轨道的能量可能高于(n+2) s轨轨道 的能量，这这种现现象称为为能级级交错错。 如： 是屏蔽效应和钻穿效应的结果。 3. 能级级交错错 第一章 第一

9、节 （一）电子分布与近似能级图 鲍林获得1954年诺贝尔化学奖和1962年诺 贝尔和平奖 第一章 第一节 （一）电子分布与近似能级图 原子轨道的近似能级图 第一章 第一节 （二）多电子原子核外电子排布 多电电子原子的核外电电子的排布又称为为电电子的构型 。根据光谱谱数据，归纳归纳 出基态态原子核外电电子排布的三 个原则则。 1. 能量最低原理 2. Pauli不相容原理 3. Hund规则规则 第一章 第一节 “系统统的能量愈低，愈稳稳定”是自然界的普遍 规规律。 基态态原子，是最稳稳定的系统统，能量最低。 1. 能量最低原理 能量最低原理基态态多电电子原子核外电电子排 布时时，总总是先占据能

10、量最低的轨轨道，当低能量轨轨道 占满满后，才排入高能量的轨轨道，以使整个原子能量 最低。 如下图图箭头头所指顺顺序。 第一章 第一节 电子填入能级的先后次序 1. 能量最低原理 第一章 第一节 在同一个原子中，没有彼此完全处处于相同的 状态态的电电子。 在同一个原子中不能有四个量子数完全相同的两 个电电子存在。 2. Pauli不相容原理 第一章 第一节 每一电电子亚层亚层 最多容纳纳的电电子数为为：s2、p6、d10、 f14 每一电电子层层最多能容纳纳的电电子数为为原子轨轨道的2倍 ，即2n2。 由此可知： 一个原子中不允许许有两个电电子处处于完全相同的状态态 。 在一个原子轨轨道上最多能

11、容纳纳两个自旋方向相反的 电电子。 2. Pauli不相容原理 第一章 第一节 3Hund规则规则 在简简并轨轨道上，电电子总总是尽可能分占不同的轨轨道 ，且自旋平行，使原子的总总能量最低。如： 6C 轨道式 电电子在能量相同的轨轨道（即简简并轨轨道）上排布时时， 总总是尽可能以自旋相同的方向，分占不同的轨轨道，因 为这样为这样 的排布方式总总能量最低。 7N轨道式 第一章 第一节 8O轨道式 9F轨道式 电子排布式： 6C 1s2 2s2 2p2 7N 1s2 2s2 2p3 8O 1s2 2s2 2p4 9F 1s2 2s2 2p5 原子序数为为3 10的8种元素原子的基态电态电 子构型

12、见见表1-2。 轨轨道图图式描述原子构型可以准确地表达Hund 规则规则 ，而电电子构型式却无法表达。 3Hund规则规则 第一章 第一节 例如：22Ti 1s22s22p63s23p63d24s2 26Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 24Cr 1s22s22p63s23p63d44s2 实验测定： 1s22s22p63s23p63d54s1 ? ? 填入按能级顺序 书写按电子层顺序 价层电子 29Cu 1s22s22p63s23p63d94s2 实验测定 ： 1s22s22p63s23p63d104s1 再如： 3Hund规则规则 第一章 第一节 全充满 ：s2 , p6

13、, d10 , f14 半充满 ：s1 , p3 , d5 , f7 全空 ： s0, p0 , d0 , f0 Hund规则规则 特例: 简简并轨轨道全充满满、半充满满、或 全空的状态态都是能量较较低的稳稳定状态态。 24Cr 1s22s22p63s23p63d54s1 29Cu 1s22s22p63s23p63d104s1 所以： 3Hund规则规则 第一章 第一节 电子排布的书写： （3）可用原子实实或原子芯（稀有气体元素符号） 简简写电电子排布式。 (1) 按电电子层层的顺顺序写; (2) 一般地按照电电子排布三原则书则书 写, 个别别例外， 应应以实验为实验为 依据; 例： 47Ag

14、 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1 47Ag Kr 4d105s1 ；Ag+ Kr 4d10 (4)离子的电电子排布式，是在基态态原子的电电子排 布式基础础上加上得到或失去的电电子 。 第一章 第一节 节小结 第一章 第一节 1、原子核外电子的运动 2、核外电子运动状态的描述 3、原子核外电子排布 节小结 第一章 第一节 难点： 1、核外电子运动状态的描述 2、原子核外电子排布 第一章 第一节 1、如何描述核外电子的运动？ 2、描述核外电子运动状态的量子数有哪些？ 思考题 答：(1)只能用统计统计 的观观点指出它在原子核外 、只能用统统 计计的观观点指出它在原子核外 空间间某处处出现现机会的多少。 空间间某处处出现现机会的多少。 (2)用“电电子云”形象的描述 核外电电子的 、 电电子云” 运动动。 答：(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 第一章 第一节 思考题 3、下列轨道表示式能表示磷原子的最低能量状态的是 第一章 第一节 思考题 章 页 4、下列电子亚层中，轨道数目最多的是 A. n1, l0