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1、第三章物质的结构和材料的性质第三章物质的结构和材料的性质3.1 原子核外电子运动状态原子核外电子运动状态3.2 元素周期律金属材料元素周期律金属材料3.3 化学键分子间力化学键分子间力3.4 陶瓷和复合材料陶瓷和复合材料3.1 原子核外电子运动状态原子核外电子运动状态教学目的：教学目的：1、理解微观粒子的、理解微观粒子的波粒二象性、能量量子化波粒二象性、能量量子化和出现的概率性；和出现的概率性；2、了解波函数、原子轨道的意义，理解、了解波函数、原子轨道的意义，理解电子云电子云的含义；的含义；3、掌握、掌握四个量子数四个量子数的符号和表述方法；的符号和表述方法；4、了解原子光谱分析法的原理及应用
2、。、了解原子光谱分析法的原理及应用。重点、难点：重点、难点：四个量子数四个量子数。一、微观粒子运动的基本特征一、微观粒子运动的基本特征1、微观粒子的波粒二象性、微观粒子的波粒二象性2、微观粒子的能量量子化、微观粒子的能量量子化3、微观粒子出现的概率性、微观粒子出现的概率性1、微观粒子的波粒二象性、微观粒子的波粒二象性光既具有波动性，又具有粒子性。光既具有波动性，又具有粒子性。爱因斯坦（美籍德裔物理学家，爱因斯坦（美籍德裔物理学家，1921年获诺贝尔物理奖）通过年获诺贝尔物理奖）通过普朗克常数（普朗克常数（h）把光的把光的波粒二象性波粒二象性统一起来，揭示了光的本质。统一起来，揭示了光的本质。频
3、率波长频率波长能量动量能量动量P = h/E = hv粒子性粒子性波动性波动性1.1 光的波粒二象性光的波粒二象性1.2 微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性1924年法国物理学家德布罗意（年法国物理学家德布罗意（1929年获诺贝尔物理学奖）提出设想年获诺贝尔物理学奖）提出设想: 具有静置质量的具有静置质量的微观粒子（如电子）也微观粒子（如电子）也具有波粒二象性具有波粒二象性。 = h/p= h/(mv)速度质量速度质量物质波的波长物质波的波长德布罗意关系式德布罗意关系式动量动量物质波的证明物质波的证明电子的晶体衍射电子的晶体衍射戴维逊和革末的戴维逊和革末的电子衍射实验电子衍射实验（193
4、7年诺贝尔物理奖）：实验中电子几乎是一个一个地通过金属箔。如果时间较短，则在照相底片上出现若干似乎是不规则的感光点，这表明电子显年诺贝尔物理奖）：实验中电子几乎是一个一个地通过金属箔。如果时间较短，则在照相底片上出现若干似乎是不规则的感光点，这表明电子显粒子性粒子性；若实验时间较长，则在底片上就形成了明暗交替的衍射环纹，显示出了电子的；若实验时间较长，则在底片上就形成了明暗交替的衍射环纹，显示出了电子的波动性波动性。这证明了德布罗意假设的正确性。这证明了德布罗意假设的正确性。电子束电子束2 微观粒子的能量量子化微观粒子的能量量子化电子、光子等微观粒子在运动中是一个一个出现的。电子、光子等微观粒
5、子在运动中是一个一个出现的。微观粒子运动时能量的改变是一份一份地改变的。微观粒子运动时能量的改变是一份一份地改变的。3 微观粒子出现的概率性微观粒子出现的概率性海森堡（德国物理学家，海森堡（德国物理学家，1932年诺贝尔物理学奖获得者）年诺贝尔物理学奖获得者）测不准原理测不准原理：对微观粒子，不能同时准确测出它在某一瞬间的运动速率（或动量）和位置。：对微观粒子，不能同时准确测出它在某一瞬间的运动速率（或动量）和位置。微观粒子的运动不能用经典力学的方法来描述，必须使用微观粒子的运动不能用经典力学的方法来描述，必须使用统计规律统计规律描述，即描述，即概率概率描述。描述。xph动量误差位置误差 动量
6、误差位置误差二、电子运动状态的描述二、电子运动状态的描述1、波函数和原子轨道、波函数和原子轨道2、概率密度和、概率密度和电子云电子云3、量子数、量子数1、波函数和原子轨道、波函数和原子轨道薛定锷方程(描述微观粒子运动的波动方程)薛定锷方程(描述微观粒子运动的波动方程)222222228 ()0mEVxyzhoxyz x,y,z 三维空间坐标三维空间坐标m 电子质量电子质量h 普朗克常数普朗克常数E 电子总能量电子总能量V 电子在原子中的潜能电子在原子中的潜能 ？ （读作（读作“普西普西” ）是描述电子运动的波函数，也称为）是描述电子运动的波函数，也称为原子轨道原子轨道或原子轨迹。或原子轨迹。
7、是用空间坐标（如是用空间坐标（如x、y、z）来描述波的数学函数式，以描述原子核外电子运动状态。）来描述波的数学函数式，以描述原子核外电子运动状态。22 x 22y 22z 对对x的二阶偏导数对的二阶偏导数对y的二阶偏导数对的二阶偏导数对z的二阶偏导数的二阶偏导数原子轨道原子轨道:2、概率密度和电子云、概率密度和电子云| |2就是就是概率密度概率密度，即电子在空间某特定位置上单位体积内出现的概率。，即电子在空间某特定位置上单位体积内出现的概率。电子云电子云：以黑点的疏密表示概率密度分布的图形。：以黑点的疏密表示概率密度分布的图形。1s电子云电子云| |2 r图图s电子云的界面图电子云的界面图1s
8、电子云图电子云图3、四个量子数、四个量子数( )3.1 主量子数（主量子数（n）3.2 角量子数（角量子数（l）3.3 磁量子数（磁量子数（m）3.4 自旋量子数自旋量子数(ms )3.1 主量子数（主量子数（n）物理意义物理意义: 电子离核远近和轨道能量的高低。电子离核远近和轨道能量的高低。n值越小，电子离核越近，能量越低。值越小，电子离核越近，能量越低。n值越大，电子离核越远，能量越高。值越大，电子离核越远，能量越高。取值范围取值范围: 正整数（正整数（n=1，2，3，），）主量子数主量子数1234567电子层一二三四五六七电子层一二三四五六七符号符号KLMNOPQ主量子数与电子层的对应关
9、系主量子数与电子层的对应关系3.2 角量子数（角量子数（l）物理意义物理意义:表示电子在核外运动的空间形状；表示同电子层中具有不同状态的表示电子在核外运动的空间形状；表示同电子层中具有不同状态的电子亚层电子亚层；多电子原子中多电子原子中电子的能量电子的能量决定于主量子数决定于主量子数 n和角量子数和角量子数 l 。取值范围：取值范围： l = 0，1，2，3，n-1取值数目：取值数目：n 个个表示方法：表示方法：s、p、d、f同一亚层（同一亚层（n，l 相同），原子轨道能量相同，称为相同），原子轨道能量相同，称为等价轨道等价轨道或简并轨道。或简并轨道。s、 p、d、f分别有分别有1、3、5、7
10、个等价轨道。个等价轨道。3.3 磁量子数（磁量子数（m）物理意义：物理意义：表示原子轨道或电子云的空间取向。磁量子数表示原子轨道或电子云的空间取向。磁量子数与能量无关与能量无关。取值范围：取值范围： m = 0，1，2，l取值数目：取值数目： 2l +13.4 自旋磁量子数（自旋磁量子数（ms）物理意义：物理意义：表示电子运动的自旋方向。表示电子运动的自旋方向。自旋只有两个方向：顺时针、逆时针。自旋只有两个方向：顺时针、逆时针。同一轨道只能容纳两个自旋相反的电子。同一轨道只能容纳两个自旋相反的电子。21smms+1/2-1/2自旋方向顺时针逆时针箭头示意自旋方向顺时针逆时针箭头示意3.5 量子
11、数小结量子数小结主量子数主量子数 n 决定原子轨道的大小（即电子层）和电子的能量。决定原子轨道的大小（即电子层）和电子的能量。角量子数角量子数 l 决定原子轨道或电子云的形状同时也影响电子的能量。决定原子轨道或电子云的形状同时也影响电子的能量。磁量子数磁量子数 m 决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向。决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向。自旋量子数自旋量子数 ms 决定电子的自旋方向。决定电子的自旋方向。多电子原子中多电子原子中电子的能量电子的能量决定于主量子数决定于主量子数 n和角量子数和角量子数 l 。原子轨道是由三个量子数原子轨道是由三个量子数n，l ，m确定的电子运动区域。确定的电子
12、运动区域。原子中每个电子的运动状态用四个量子数原子中每个电子的运动状态用四个量子数n、l 、m、ms 描述。描述。四个量子数确定之后，电子在核外空间的运动状态也就确定了。四个量子数确定之后，电子在核外空间的运动状态也就确定了。3.5 量子数小结量子数小结三、能级跃迁和原子光谱分析三、能级跃迁和原子光谱分析1、能级跃迁、能级跃迁基态：基态：激发态：其中，普朗克常量激发态：其中，普朗克常量h6.6310-34 Js-1hch2、原子光谱分析、原子光谱分析（1）原子发射光谱法（）原子发射光谱法（AES）原理原理：将样品溶液以气溶胶形式导入等离子体炬焰中，样品被蒸发和激发，发射出所含元素的特征波长的光
13、。经分光系统分光后，其谱线强度由光电元件接受并转变为电信号而被记录。：将样品溶液以气溶胶形式导入等离子体炬焰中，样品被蒸发和激发，发射出所含元素的特征波长的光。经分光系统分光后，其谱线强度由光电元件接受并转变为电信号而被记录。定性定性依据：不同原子的电子能级跃迁时吸收或释放的电磁波的频率不同。依据：不同原子的电子能级跃迁时吸收或释放的电磁波的频率不同。定量定量依据：光谱的强度。依据：光谱的强度。（2）原子吸收光谱法（）原子吸收光谱法（AAS）基本原理基本原理：仪器从光源辐射出具有待测元素特征谱线的光，通过试样蒸气时被蒸气中待测元素基态原子所吸收，由辐射特征谱线光被减弱的程度来测定试样中待测元素
14、的含量。：仪器从光源辐射出具有待测元素特征谱线的光，通过试样蒸气时被蒸气中待测元素基态原子所吸收，由辐射特征谱线光被减弱的程度来测定试样中待测元素的含量。 原子吸收光谱仪可测定多种元素，火焰原子吸收光谱法可测到原子吸收光谱仪可测定多种元素，火焰原子吸收光谱法可测到10-9 g/ mL数量级，石墨炉原子吸收法可测到数量级，石墨炉原子吸收法可测到10-13 g/mL数量级。其氢化物发生器可对数量级。其氢化物发生器可对8种挥发性元素汞、砷、铅、硒、锡、碲、锑、锗等进行微痕量测定。种挥发性元素汞、砷、铅、硒、锡、碲、锑、锗等进行微痕量测定。作 业：作 业：P77练习题：练习题：5，6。3.2 元素周期
15、律元素周期律教学目的：教学目的：1、理解多电子原子能级和核外电子排布规律，掌握多电子原子、阳离子和阴离子的核外电子排布，掌握未成对电子数的确定；、理解多电子原子能级和核外电子排布规律，掌握多电子原子、阳离子和阴离子的核外电子排布，掌握未成对电子数的确定；2、熟悉元素周期表，明确元素基本性质周期性变化的规律；、熟悉元素周期表，明确元素基本性质周期性变化的规律；3、了解常见的金属材料及其应用。、了解常见的金属材料及其应用。重点、难点：重点、难点：多电子原子的核外电子排布，未成对电子数的确定多电子原子的核外电子排布，未成对电子数的确定。一、多电子原子能级一、多电子原子能级鲍林近似能级图鲍林近似能级图美国化学家鲍林（美国化学家鲍林（Pauling L）根据光谱实验结果总结出多电子原子各轨道能级的高低，得到近似能级图。）根据光谱实验结果总结出多电子原子各轨道能级的高低，得到近似能级图。莱纳斯莱纳斯卡尔卡尔鲍林鲍林鲍林鲍林：美国著名量子化学家，曾两次荣获诺贝尔奖金（：美国著名量子化学家，曾两次荣获诺贝尔奖金（1954年诺贝尔化学奖，年诺贝尔化学奖， 196 2年诺贝尔和平奖）。年诺贝尔和平奖）。唐有祺唐有祺：1950年毕业于美国加州理工学院，师从化学界泰斗年
