由于其它电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷,从而使有效核电荷降低,消弱了核电荷对该电子的吸引,这种作用称为屏蔽作用或屏蔽效应1.屏蔽效应(Shielding effect)slater规则应用,Z*:有效电荷数,Z:核电荷数,σ:屏蔽常数屏蔽参数σ 的大小可由 Slater 规则决定,将原子中的电子分成如下几组:(1s) (2s,2p) (3s,3p) (3d) (4s,4p) (4d) (4f) (5s,5p)…,位于被屏蔽电子右边的各组,σ=01s轨道上的2个电子间σ=0.30;n>1时,σ=0.35被屏蔽电子为ns或np时,(n-1)层各电子对它们的σ=0.85,而小于(n-1)层各电子对它们的σ=1.00 被屏蔽电子为nd或nf时,左边各组电子对它的σ=1.00练习,计算Al原子中其它电子对一个 3p 电子的σ值练习,计算21Sc原子中一个3s电子和一个 3d 电子各自的能量解:电子分组情况为:,(1s)2(2s, 2p)8(3s, 3p)8(3d)1(4s, 4p)2,故:,3s电子的σ=0.357+0.88+1.002=11.25 3d电子的σ=1.0018=18.00,2.离子性百分数,鲍林定义:单键的偶极矩(μ)与纯粹的离子键(100%的离子键)的偶极矩(μ0)之比乘上100%,则称为键的离子性百分数(可简写为离子性%)。
AB 型化合物键的离子性百分数:,A、B分别为A、B原子的电负性 Δ > 1.7,离子键成分大于50%Hannay & Smyth公式:离子性=[16(△x)+3.5 (△x)2]×100%,3.能得到真正的“离子半径”吗?,不论是阴离子还是阳离子,其电荷密度都随半径的增大而减小可以设想, 在阴、阳离子相互“接触”的那一点上, 电荷密度是最小的如果能测得相邻离子间电荷密度的变化曲线并找出极小值所在的部位,该部位就是离子间,解:,的分界线可惜的是, 极小值的精确位置很难确定, 它极易受实验不精确性和两个相邻离子本身性质的影响,电荷密度曲线上出现的是范围颇大的一个最低密度区,而不是一个极小值4.路易斯结构式 (Lewis structural formula),按原子键合关系写出元素符号,将相邻原子用单键连接 价电子总数等于各原子价电子数相加如带电荷, 则应减去正、负电荷数 扣除(单键数×2)电子后,将剩余价电子分配给每个原子, 使其占有适当数目的非键合电子 如果剩余的电子不够安排,可将一些单键改为双键或叁键具有A-B结构的双原子,具有A=B-C结构的双原子,Cl 原子的电负性小于 O 原子,意味着不存在 O-O 之间的键合。
合理的排布应该如下所示:,Solution,写出氯酸根离子 的路易斯结构式离子中价电子总数等于26,扣除3个单键的6个电子,余下的20个电子以孤对方式分配给四个原子, 使它们均满足八电子构型的要求写出 NO+ 离子的路易斯结构式NO+ 离子只可能有一种排布方式:,NO+ 离子中价电子总数等于10 ,扣除 1 个单键的 2 个电子, 余下的 8 个电子,可排布为:,Solution,使两个原子同时满足八电子构型要求的只有将单键改为叁键才能满足各原子共提供 3 + 4×7 = 31 个价电子;离子的一价负电荷表明还应加一个电子因此必须在 5 个原子周围画上16 对电子的 32 个圆点负电荷属于整个离子而不是个别原子!,写出 BF4- 离子的 Lewis 结构Solution,,定义:在多原子分子中如有相互平行的p轨道,它们连贯重叠在一起构成一个整体,p电子在多个原子间运动形成π型化学键,这种不局限在两个原子之间的π键称为离域π键,也叫大Π键形成条件: 参与成键的原子应在一个平面上,而且每个原子都能提供1个相互平行的 p 轨道 n < 2m表示符号:,5.离域π键(大п键),n为原子数,m为电子数。
价电子总数,键类型,分子或离子,表示式,19,17,18,16,ClO2,O3,NO2,CO2,2个,,,.,,,,,,离域π键(大п键),一些分子和离子形成离域π键的情况:,6. 杂化轨道理论的基本要点,在形成分子时,由于原子间的相互作用,若干不同类型的、能量相近的原子轨道混合起来,重新组成一组新的轨道,这种重新组合的过程叫杂化,所形成的新轨道称为杂化轨道 杂化轨道的数目与组成杂化轨道的各原子轨道的数目相等 杂化轨道又可分为等性和不等性杂化轨道两种 杂化轨道成键时,要满足原子轨道最大重叠原理即原子轨道重叠越多,形成的化学键越稳定成键能力的大小次序如下:sp
如 CCl 4 4 + 1 4 = 8,c)处理离子时,要加减与离子价数相当的电子,如PO43-: 5 + 0 4 + 3 = 8, NH4+ :5 + 1 4 -1 = 8b)氧族元素的原子做中心时,价电子数为 6 ,如:H2O;做配体时,提供电子数为 0,如:CO2d)总数除 2,得电子对的对数总数为奇数时,商进位例如:总数为 9,则对数为 5VP=1/2(A 的价电子数 + B 提供的价电子数±离子电荷数),BeH2,BF3,CH4,PC15,SF6,VP= (2+2)=2 LP = 0,VP= (3+3)=3 LP = 0,VP= (4+4)=4 LP = 0,VP= (5+5)=5 LP = 0,VP= (6+6)=6 LP = 0,,例题:,6 8 8 8 5 103 4 4 4 3 5三角形 正四面体 正四面体 正四面体 三角形 三角双锥,例题:利用价层电子对互斥理论判断下列分子和离子的几何构型,AlCl3、H2S、SO32-、NH4+、NO2、IF3。
要求写出价层电子总数、对数、电子对构型和分子构型总数对数 电子对构型,Solution,AlCl3 H2S SO32 - NH4 + NO2 IF3,分子构型三角形 V字构型 三角锥 正四面体 V字形 T字形,例题:判断下列分子和离子的几何构型,并指出中心原子的轨道杂化方式总数,对数,电子对构型,分子构型,杂化方式,I3- CS2 SO42- XeF4, 1s,*1s,A 图,8. 同核双原子分子轨道理论,,Li2 Be2 B2 C2 N2 O2 F2 Ne2,2s1 2s2 2s22p1 2s22p2 2s22p3 2s22p4 2s22p5 2s22p6,第 2 周期元素双原子分子的电子组态,异核双原子分子,键级 = ( 6 - 0 ) / 2 = 3 三键:一个 键,两个 键 无单电子,显抗磁性CO分子轨道图,,分子轨道式: ( 1 ) 2 ( 2 ) 2 ( 3 ) 2 ( 1 ) 2 ( 2 ) 2 3为成键轨道; 4为反键轨道;1、2、1 和 2 为非键轨道。
键级 = ( 2-0 ) / 2 = 1 ,单键无单电子,抗磁性HF分子轨道图,9. 吉布斯相律应用 例题:碳酸钠与水结合可生成:Na2CO3·H2O,Na2CO3·7H2O,Na2CO3·10H2O在标准压力pө下,与碳酸钠水溶液和冰共存的含水盐最多有几种?,解:Na2CO3与H2O二组分指定了压力为pө,相律为:F = C-P+1,Pmax=C+1=2+1=3最多可三相共存,最多只能与一种含水盐共存例一:固体Fe, FeO, Fe3O4与气体CO, CO2达到平衡时,其独立组分数C =__3_, 相数P =__4_,和自由度数F=__1__,解: Fe3O4+ CO = 3FeO + CO2 FeO + CO = Fe + CO2R=2 ,所以C =5 – 2 = 3P =4 F=3 – 4 +2 = 1,2 下列化学反应,同时达平衡时(900—1200K),,CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g) CO2(g) + H2(g) = CO(g) + H2O(g)CO(g) + H2O(g) + CaO(s) = CaCO3(s) + H2(g)其独立组分数C =__, 相数P=__,和自由度数F=__,4,3,3,解: R=2 所以 C =6 – 2 = 4P =3 F =4 – 3 + 2 = 3,(1)点:纯组元熔点TA、TB;最大溶解度点C、D;共晶点E:两条液相线的交点,也是亚共晶、过共晶合金成分分界点。
(2)线:液相线;固相线;固溶线:反映不同温度时的溶解度变化;共晶线(三相线) (3)区:3个单相区,F=2;3个两相区,F=1 ;1个三相区,F=0 10. 相图分析,注意:两组元的混合物使合金的熔点比各组元低用来计算二元相图中两相平衡状态下平衡相的相对质量 杠杆的支点是两个相的平均质量分数(合金的成分点),端点分别是两个相的成分点 平衡相成分的确定根据相律,若温度一定,则自由度为0,平衡相成分随之确定 数值确定:直接测量计算或投影到成分轴测量计算11.杠杆定律-相含量的计算工具,注意: 只适用于两相区;三点(支点和端点)要选准 由物质守恒原理导出的,和系统是否平衡无关例如,一个成分为xB的体系,分成不同组分的两部分,不论这两部分是否处于平衡,它们的相对摩尔量(或相对质量)都可以采用杠杆规则来计算例题1:固溶体合金的相图如图所示,试根据相图确定:,(a)成分为40%B的合金首先凝固出来的固体成分; (b)若首先凝固出来的固体成分含60%B,合金的成分为多少? (c)成分为70%B的合金最后凝固的液体成分; (d)合金成分为50%B,凝固到某温度时液相含有40%B,固体含有80%B,此时液体和固体各占多少分数?,(a)成分为40%B的合金首先凝固出来的固体成分; 在合金成分线与液相线相交点作水平线,此水平线与固相线的交点处合金的成分即为刚开始凝固出来的固体成分wB=0.85。
b)若首先凝固出来的固体成分含60%B,合金的成分为多少?,作wB=0.60处的垂直线与固相线交点的水平线,此水平线与L液相线的交点处的成分即为合金成分wB=0.15c)成分为70%B的合金最后凝固的液体成分;,原理同上,液体成分wB=0.20d)合金成分为50%B,凝固到某温度时液相含有40%B,固体含有80%B,此时液体和固体各占多少分数?,。