《物质结构》PPT课件.ppt

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1、下页退出上页第四章 物质结构下页退出上页夸克夸克质子质子中子中子原子核原子核电子电子原子原子(离子离子)分子分子微观微观（宇观）（宇观）宇宙宇宙单质单质化合物化合物星体星体宏观宏观纳纳米米材料材料（介观）（介观）化学研究的对象化学研究的对象下页退出上页哪些是关键性的问题呢？哪些是关键性的问题呢？ 化学反应的性能问题化学反应的性能问题; ;化学催化的问题化学催化的问题; ;生命生命过程中的化学问题过程中的化学问题. . 当今化学发展的趋势大致是：当今化学发展的趋势大致是： 由宏观到微观，由定性到定量，由稳定态向由宏观到微观，由定性到定量，由稳定态向亚稳态，由经验上升到理论并用理论指导实践，亚稳态

2、，由经验上升到理论并用理论指导实践，进而开创新的研究进而开创新的研究. . 总之，化学已成为中心学科，与总之，化学已成为中心学科，与 21 21 世纪的四世纪的四个重大课题（能源、材料、环境和生命科学）都个重大课题（能源、材料、环境和生命科学）都有关有关. .下页退出上页亚原子粒子亚原子粒子 原原子子是是化化学学上上最最重重要要、使使用用最最频频繁繁的的术术语语之之一一, , 原原是是希希腊腊语语中中意意为为“不不可可再再分分”意意思思. . 随随着着科科学学的的发发展展, , 道道尔尔顿顿( (DaltonJ) )于于18031803年年提提出出了了第第一一个个现现代代原原子子论论, , 但

3、但他他接接受受了了“不不可可再再分分”的的概概念念. . 随随着着电电子子的的发发现现, , 接接着着发发现现了了 粒粒子子、质质子子和和中中子子, , 如如果果将将电电子子看看作作原原子子上上掉掉下下的的“碎碎屑屑”, , 粒粒子子就就算算得得上上原原子子分分裂裂的的“碎碎块块”了了. . 人人们们将将组组成成原原子子的的微微粒粒叫叫亚亚原原子子粒粒子子. . 亚亚原原子子粒粒子子曾曾经经也也叫叫基基本本粒粒子子, , 近近些些年年越越来来越越多多的的文文献献就就将将其其叫叫粒粒子子. . 迄迄今今科科学学上上发现的粒子已达数百种之多发现的粒子已达数百种之多, , 第一部分原子结构第一部分原

4、子结构下页退出上页Propertiesofsomesubatomicparticles下页退出上页夸克夸克 根据根据 1961 1961 年由盖尔年由盖尔- -曼（曼（GellGell M-Mann M-Mann）建立的新模型，建立的新模型， 质子和中子都是由更小的粒子质子和中子都是由更小的粒子夸克组成的，夸克组成的， 但现有的理论还不能预言（当然但现有的理论还不能预言（当然更不用说从实验上证明）电子是可分的更不用说从实验上证明）电子是可分的. .下页退出上页夸克夸克名称名称下夸克下夸克上夸克上夸克奇夸克奇夸克粲夸克粲夸克底夸克底夸克顶夸克顶夸克符号符号duscbt电荷电荷-1/3+2/3-1

5、/3+2/3-1/3+2/3质量质量均为质子的均为质子的1/100或或1/200质子的质子的200倍倍发现年代发现年代197419771995Someprimaryparticles下页退出上页4-1 4-1 原子核外电子运动特征原子核外电子运动特征- -波粒二象性波粒二象性 波粒二象性波粒二象性 赖以建立现代模型的量子力学概念赖以建立现代模型的量子力学概念 ( (wave-particle dualitya fundamental wave-particle dualitya fundamental concept of quantum mechanicsconcept of quantum

6、 mechanics) )4-1-1原子结构的发展史原子结构的发展史下页退出上页1 1 经典物理学概念面临的窘境经典物理学概念面临的窘境（an emba- rrassment of the concepts of the classical physics)2 2 波的微粒性波的微粒性（particle like wave )3 3 微粒的波动性微粒的波动性（wave like particle)下页退出上页1 1 经典物理学概念面临的窘境经典物理学概念面临的窘境Rutherfords experiment on particle bombardment of metal foil下页退出上页

7、1 1 经典物理学概念面临的窘境经典物理学概念面临的窘境 Rutherford 根据根据 粒子散射实验，创立了关粒子散射实验，创立了关于原子结构的于原子结构的 “太阳太阳-行星模型行星模型”.其要点是：其要点是： 1. 1. 所有原子都有一个核即原子核所有原子都有一个核即原子核( (nucleus) )； 2. 2. 核的体积只占整个原子体积极小的一部分；核的体积只占整个原子体积极小的一部分； 3. 3. 原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上；原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上； 4. 4. 电子像行星绕着太阳那样绕核运动电子像行星绕着太阳那样绕核运动. . 下页退出上页卢瑟福原子模型卢瑟福

8、原子模型12下页退出上页在在对对粒粒子子散散射射实实验验结结果果的的解解释释上上,新新模模型型的的成成功功是是显显而而易易见见的的,至至少少要要点点中中的的前前三三点点是是如如此此.问问题题出出在在第第4点点,尽尽管管卢卢瑟瑟夫夫正正确确地地认认识识到到核核外外电电子子必必须须处处于于运运动动状状态态,但但将将电电子子与与核核的的关关系系比比作作行行星星与与太太阳阳的的关关系系,却却是是一幅令人生疑的图像一幅令人生疑的图像. is the embarrassment of the concepts of the classical physics ? 根根据据当当时时的的物物理理学学概概念念,

9、带带电电微微粒粒在在力力场场中中运运动动时时总总要要产产生生电电磁磁辐辐射射并并逐逐渐渐失失去去能能量量,运运动动着着的的电电子子轨轨道道会会越越来来越越小小,最最终终将将与与原原子子核核相相撞撞并并导导致致原原子子毁毁灭灭.由由于于原原子子毁毁灭灭的的事事实实从从未未发发生生,将将经经典典物物理理学学概概念念推推到到前前所所未未有有的的尴尴尬境地尬境地. . An unsatisfactory atomic model下页退出上页描述微观物体运动规律的需求呼唤物理学描述微观物体运动规律的需求呼唤物理学新概念的诞生新概念的诞生！人们对物质和能量的认识是否只看到人们对物质和能量的认识是否只看到了

10、硬币的一面？了硬币的一面？ 波粒二象性是解决原子结构波粒二象性是解决原子结构问题的问题的“总开关总开关”. . 下页退出上页2 2 波的微粒性波的微粒性电磁波是通过空间传播的能量电磁波是通过空间传播的能量. . 可见可见光只不过是电磁波的一种光只不过是电磁波的一种 . . 电磁波在有些情况下表现出连续波的性电磁波在有些情况下表现出连续波的性质，另一些情况下则更像单个微粒的集合质，另一些情况下则更像单个微粒的集合体，后一种性质叫作波的微粒性体，后一种性质叫作波的微粒性. . 下页退出上页The electromagnetic spectrum 下页退出上页1900年年,普朗克普朗克(Plank

11、M)提出了表达光的能量提出了表达光的能量(E)与频率与频率()关系的方程关系的方程,即著名的普朗克方程：即著名的普朗克方程：E= h式式中中的的h叫叫 普普朗朗克克常常量量(Planck constant), 其其值值为为6.62610-34Js. 普朗克认为普朗克认为, , 物体只能按物体只能按h h的整数倍的整数倍( (例如例如1, 2, 31, 2, 3等等) )一份一份地吸收或释出光能一份一份地吸收或释出光能, , 而不可能是而不可能是0.5, 0.5, 1.6, 2.31.6, 2.3等任何非整数倍等任何非整数倍. .这就是所谓的能量量子化概这就是所谓的能量量子化概念念. . Pla

12、nk Plank 公式公式下页退出上页 普朗克提出了当时物理学界一种全新的概念普朗克提出了当时物理学界一种全新的概念, , 但它但它只涉及光作用于物体时能量的传递过程只涉及光作用于物体时能量的传递过程( (即吸收或释出即吸收或释出).). Plank Plank 公式公式地面吸收太阳能地面吸收太阳能地面接收降水地面接收降水以以一个个一个个 光量子光量子 “h ” (不能是半个不能是半个 “h” )完成完成.可见光由不同频率的光组成可见光由不同频率的光组成,“h ”值有大有小值有大有小.黄光的黄光的 值相对较大值相对较大 ,“h ”较大较大,光量子的能量大光量子的能量大.红光的红光的 值相对较小

13、值相对较小 ,“h ”较小较小,光量子的能量较小光量子的能量较小.以以一个个雨滴一个个雨滴(不能是半个雨滴不能是半个雨滴)完成完成“雨滴雨滴”有大有小有大有小相当于较大的相当于较大的“雨滴雨滴”，落至地面时的动能较大，落至地面时的动能较大相当于较小的相当于较小的“雨滴雨滴”，落至地面时的动能较小，落至地面时的动能较小比拟下页退出上页 光电效应光电效应19051905年年, , 爱爱因因斯斯坦坦( (Einstein Einstein A A) )成成功功地地解解释释了了光光电电效效应应( (photoelectric photoelectric effecteffect), ), 将将能能量量

14、量量子子化化概概念念扩扩展展到到光光本本身身. . 对对某某一一特特定定金金属属而而言言, ,不不是是任任何何频频率率的的光光都都能能使使其其发发射射光光电电子子. . 每每种种金金属属都都有有一一个个特特征征的的最最小小频频率率( (叫叫临临界界频频率率), ), 低低于于这这一一频频率率的的光光线线不不论论其其强强度度多多大大和和照照射射时时间间多多长长, , 都都不能导致光电效应不能导致光电效应. . 下页退出上页The photoelectric effect下页退出上页 爱爱因因斯斯坦坦认认为为, , 入入射射光光本本身身的的能能量量也也按按普普朗朗克克方方程程量量子子化化, , 并

15、并将将这这一一份份份份数数值值为为1 1的的能能量量叫叫光光子子( (photonsphotons), ), 一一束束光光线线就就是是一一束束光光子子流流. . 频频率率一一定定的的光光子子其其能能量量都都相相同同, , 光光的的强强弱弱只只表表明明光光子子的的多多少少, , 而与每个光子的能量无关而与每个光子的能量无关. . 爱爱因因斯斯坦坦对对光光电电效效应应的的成成功功解解释释最最终终使使光光的的微微粒粒性性为为人人们们所所接接受受. . 以以波波的的微微粒粒性性概概念念为为基基础础的的一一门学科叫量子力学门学科叫量子力学( (quantumquantum mechanicsmechan

16、ics).). 光电效应光电效应下页退出上页Question 1Question 1 钾钾的的临临界界频频率率=5.01014s-1,试试计计算算具具有有这这种种频频率率的的一一个个光光子子的的能能量量.对对红红光光和和黄黄光光进进行行类类似似的的计计算算,解解释释金金属属钾钾在在黄黄光光作作用用下下产产生生光光电电效效应应而而在在红红光光作用下却不能作用下却不能.将相关频率值代入普朗克公式将相关频率值代入普朗克公式:E(具有临界频率的一个光子具有临界频率的一个光子)=6.62610-34Js5.01014s-1=3.310-19JE(黄光一个光子黄光一个光子)=h= 6.62610-34Js

17、5.11014s-1=3.410-19JE(红光一个光子红光一个光子)=h= 6.62610-34Js4.61014s-1=3.010-19J黄黄光光光光子子的的能能量量大大于于与与临临界界频频率率对对应应的的光光子子能能量量,从从而而引引发发光光电电效效应应;红红光光光光子子的的能能量量小小于于与与临临界界频频率率对对应应的的光光子子能能量量,不不能能引引发发光光电效应电效应.下页退出上页另一面谁来翻开？另一面谁来翻开？波的微粒性波的微粒性导导致致了了人人们们对对波波的的深深层层次次认认识识，产产生生了了讨讨论论波波的的微微粒粒性性概概念念为为基基础础的的学学科科 量量子子力力学（学（qua

18、ntum mechanics）. .钱币的一面已被翻开！钱币的一面已被翻开！Einstein的光子学说的光子学说The photoelectric effect电子微粒性的实验电子微粒性的实验The experiments of particle of electronsPlank的的量子论量子论The Planck equation下页退出上页3 3 微粒的波动性微粒的波动性微粒波动性的直接证据微粒波动性的直接证据光的衍射和绕射光的衍射和绕射灯光源灯光源下页退出上页3 3 微粒的波动性微粒的波动性 在在光光的的波波粒粒二二象象性性的的启启发发下下，德德布布罗罗依提出一种假想依提出一种假想.

19、.他于他于1924 1924 年说：年说：德布罗依关系式德布罗依关系式 一个伟大思想的诞生一个伟大思想的诞生“过过去去，对对光光过过分分强强调调波波性性而而忽忽视视它它的的粒粒性性；现现在在对对电电子子是是否否存存在在另另一一种种倾倾向向，即即过分强调它的粒性而忽视它的波性过分强调它的粒性而忽视它的波性.”.”下页退出上页4-1-2 4-1-2 核外电子运动的特性核外电子运动的特性-波粒二象性波粒二象性h 为Planck 常量这就是著名的这就是著名的 德布罗依关系式德布罗依关系式. .下页退出上页1927年，年，Davissson 和和Germer 应用应用Ni晶晶体进行电子衍射实验，证实电子

20、具有波动性体进行电子衍射实验，证实电子具有波动性. 微粒波动性的近代证据微粒波动性的近代证据 电子的波粒二象性电子的波粒二象性 KVDMP 实验原理实验原理下页退出上页(a)(b)电子通过电子通过A1箔箔( (a)a)和石墨和石墨( (b)b)的衍射图的衍射图Schematic drawings of diffraction patterns by light, X- rays, and electrons灯光源灯光源X射线管射线管电子源电子源下页退出上页微观粒子电子：微观粒子电子：宏观物体子弹：宏观物体子弹：让我们选一个微观粒子和一个很小的宏观物体进行一项计算：让我们选一个微观粒子和一个很小

21、的宏观物体进行一项计算： 显显然然，包包括括宏宏观观物物体体如如运运动动着着的的垒垒球球和和枪枪弹弹等等都都可可按按德德布布罗罗依依公公式式计计算算它它们们的的波波长长. .由由于于宏宏观观物物体体的的波波长长极极短短以以致致无无法法测测量量，所所以以宏宏观观物物体体的的波波长长就就难难以以察察觉觉，主主要要表表现现为为粒粒性性，服服从从经经典典力力学学的的运运动动规规律律. .只只有有象象电电子子、原原子子等等质质量量极极小小的的微微粒粒才才具具有有与与 x x射射线线数数量量级级相相近近的的波波长长才才符符合合德德布布罗罗依依公式，然而，如此短的波长在一般条件下仍不易显现出来公式，然而，如

22、此短的波长在一般条件下仍不易显现出来. .m = 1.010-2 kg, = 1.0 103 m s-1, = 6.6 10-35mQuestion 2Question 2波粒二象性是否只有微观物体才具有？波粒二象性是否只有微观物体才具有？下页退出上页 波尔以波的微粒性（即能波尔以波的微粒性（即能量量子化概念）为基础建立了量量子化概念）为基础建立了他的氢原子模型他的氢原子模型. .波粒二象性对化学的重要性在于：波粒二象性对化学的重要性在于：波粒二象性对化学的重要性在于：波粒二象性对化学的重要性在于：H+ H H- D He 薛定鳄等则以微粒波动性薛定鳄等则以微粒波动性为基础建立起原子的波动力学

23、为基础建立起原子的波动力学模型模型. .下页退出上页 与与日日光光经经过过棱棱镜镜后后得得到到的的七七色色连连续续光光谱谱不不同同, , 原原子子受受高高温温火火焰焰、电电弧弧等等激激发发时时, , 发发射射出出来来的的是是不不连连续续的的线线状状光光谱谱. .每每种种元元素素的的原原子子都都有有其其特特征征波波长长的的光光谱谱线线, , 它它们们是是现现代代光光谱谱分分析析的的基基础础. . 氢氢原原子子的的发发射射光光谱谱是是所所有有原原子子发发射射光光谱谱中最简单的中最简单的. .4-1-3 4-1-3 氢原子光谱氢原子光谱不连续的、线状的不连续的、线状的是很有有规律的是很有有规律的.氢

24、原子光谱特征氢原子光谱特征:下页退出上页下页退出上页 氢氢原原子子光光谱谱由由五五组组线线系系组组成成,即即紫紫外外区区的的 莱莱 曼曼 (Lyman)系系 , 可可 见见 区区 的的 巴巴 尔尔 麦麦(Balmer)系系,红红外外区区的的帕帕邢邢(Paschen)系系、布布莱莱克克特特(Brackett)系系和和芬芬得得(Pfund)系系.任任何何一一条条谱谱线线的的波波数数(wave number)都都满满足足简简单单的经验关系式的经验关系式:式式中中 为为波波数数的的符符号号,它它定定义义为为波波长长的的倒倒数数,单单位位常常用用cm-1;R 为为里里德德伯伯常常量量,实实验验确确定定为

25、为1.09737105cm-1;n2大大于于n1 ,二二者者都都是是不不大大的的正正整整数数.各各线线系系 n 的允许值见下表的允许值见下表：下页退出上页Theallowedvaluesforn inaboveequationNamen1n2LymanseriesBalmerseriesPaschenseriesBrackettseriesPfundseries123452,3,4,3,4,5,4,5,6,5,6,7,6,7,8,下页退出上页例如：对于例如：对于Balmer线系的处理线系的处理n =3红红（H）n =4青青（H ）n =5蓝紫蓝紫（H ）n =6紫紫（H ）下页退出上页下页退出

26、上页 氢氢原原子子核核内内只只有有一一个个质质子子，核核外外只只有有一一个个电电子子，它它是是最最简简单单的的原原子子. .在在氢氢原原子子内内，这这个个电电子子核核外外是是怎怎样样运运动动的的？这这个个问问题题表表面面看看来来似似乎乎不不太太复复杂杂，但但却却长长期期使使许许多多科科学学家家既既神神往往又又困困扰扰，经经历历了了一一个个生生动动而又曲折的探索过程而又曲折的探索过程. .下页退出上页爱因斯坦的光子学说爱因斯坦的光子学说普朗克的量子化学说普朗克的量子化学说氢原子的光谱实验氢原子的光谱实验卢瑟福的有核模型卢瑟福的有核模型4-1-4 Bohr 4-1-4 Bohr 理论理论的基础上，

27、建立了的基础上，建立了Bohr理论理论.波粒二象性波粒二象性下页退出上页Bohr Bohr 理论理论的主要内容的主要内容 玻玻尔尔( (Bohr Bohr N N) )于于19131913年年提提出出的的氢氢原原子子结结构构的量子力学模型的量子力学模型是是基于下述基于下述3 3条假定：条假定：关于固定轨道的概念关于固定轨道的概念. . 玻尔模型认为玻尔模型认为, , 电子只能在若电子只能在若干圆形的固定轨道上绕核运动干圆形的固定轨道上绕核运动. . 固定轨道是指符合一固定轨道是指符合一定条件的轨道定条件的轨道, , 这个条件是这个条件是, , 电子的轨道角动量电子的轨道角动量L L只只能等于能

28、等于h h/(2)/(2)的整数倍：的整数倍： 下页退出上页Bohr Bohr 理论理论的主要内容的主要内容式式中中m 和和v 分分别别代代表表电电子子的的质质量量和和速速度度,r 为为轨轨道道半半径径, h 为为普普朗朗克克常常量量, n 叫叫做做量量子子数数(quantum number),取取1,2,3,等等正正整整数数.轨轨道道角角动动量量的的量量子子化化意意味味着着轨轨道道半半径径受受量量子子化化条条件件的的制制约约,图图中中示示出出的的这这些些固固定定轨轨道道,从从距距核核最最近近的的一一条条轨轨道道算算起起,n值值分分别别等等于于1,2,3,4,5,6,7.根根据据假假定定条条件

29、件算算得得n = 1时时允允许许轨轨道道的的半半径径为为53pm,这就是著名的这就是著名的波尔半径波尔半径.下页退出上页关关于于轨轨道道能能量量量量子子化化的的概概念念. . 电电子子轨轨道道角角动动量量的的量量子子化化也也意意味味着着能能量量量量子子化化. . 即即原原子子只只能能处处于于上上述述条条件件所所限限定定的的几几个个能能态态, , 不不可可能能存存在在其其他能态他能态. . 定态定态(stationarystate)：所有这些允许能态之统称所有这些允许能态之统称. .核外电子只能在有确定核外电子只能在有确定半径和能量的定态轨道上运动半径和能量的定态轨道上运动, , 且不辐射能量且

30、不辐射能量. .下页退出上页指除基态以外的其余定态指除基态以外的其余定态.各激发态的能量随各激发态的能量随n 值增大而增高值增大而增高.电子只有从外部吸收足够能量电子只有从外部吸收足够能量时才能到达激发态时才能到达激发态.基态基态(ground state):n 值为值为 1的定态的定态.通常电子保持在能量最低通常电子保持在能量最低的这一基态的这一基态.基态是能量最低即最稳定的基态是能量最低即最稳定的状态状态.激发态激发态(excited states):下页退出上页玻玻尔尔模模型型认认为为,只只有有当当电电子子从从较较高高能能态态(E2)向向较较低低能能态态(E1)跃跃迁迁时时,原原子子才才

31、能能以以光光子子的的形形式式放放出出能能量量(即即,定定态态轨轨道道上上运运动动的的电电子子不不放放出出能能量量),光光子子能能量量的的大大小小决决定定于于跃跃迁迁所所涉涉及及的的两两条条轨轨道道间间的的能能量量差差.根根据据普普朗朗克克关关系系式式,该该能能量量差差与与跃跃迁迁过过程程产产生生的的光光子子的的频率互成正比：频率互成正比：关于能量的吸收和发射关于能量的吸收和发射. .E = E2E1=h 下页退出上页如如果果电电子子由由能能量量为为E1的的轨轨道道跃跃至至能能量量为为E2的的轨轨道道,显然应从外部吸收同样的能量显然应从外部吸收同样的能量. E:轨道的能量轨道的能量：光的频率：光

32、的频率 h: Planck常数常数下页退出上页计算氢原子的电离能计算氢原子的电离能波尔理论的成功之处波尔理论的成功之处解释了解释了H及及He+、Li2+、B3+的原子光谱的原子光谱WavetypeHHHHCalculatedvalue/nm656.2486.1434.0410.1Experimentalvalue/nm656.3486.1434.1410.2说明了原子的稳定性说明了原子的稳定性对其他发光现象（如光的形成）也能解释对其他发光现象（如光的形成）也能解释下页退出上页不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂波尔理论的不足之处波尔理论的不足之处不能解释氢原子光谱的

33、精细结构不能解释氢原子光谱的精细结构不能解释多电子原子的光谱不能解释多电子原子的光谱下页退出上页一、测不准原理一、测不准原理1927年，德国人年，德国人Heisenberg指出对于具有波粒二象性的指出对于具有波粒二象性的微观粒子，不能同时测准其位置和动量微观粒子，不能同时测准其位置和动量。用用 x表示表示位置的测不准量，用位置的测不准量，用 P表示表示动量的测不准量，动量的测不准量，则有则有式中式中，h普朗克常数普朗克常数6.626 1034Js， 圆周率，圆周率，m质量，质量， v表示速度的测不准量。表示速度的测不准量。这两个式子表示了这两个式子表示了Heisenberg测不准原理。测不准原

34、理。4-2 4-2 氢原子核外电子的运动特性氢原子核外电子的运动特性下页退出上页v例例1:对于对于m=10克的子弹，它的位置可精确到克的子弹，它的位置可精确到 x0.01cm,其速度测不准情况为：其速度测不准情况为：下页退出上页一一.薛定谔方程薛定谔方程（SchrdingerEquation）1926年奥地利物理学家年奥地利物理学家E.Schrdinger提出提出.用于用于描述核外电子的运动状态描述核外电子的运动状态，是一个波动方程，是一个波动方程，为近代为近代量子力学量子力学奠定了理论基础奠定了理论基础。由于电子运动具有波动性，量子力学用波函数由于电子运动具有波动性，量子力学用波函数(Wav

35、eFunction)来描述原子中电子的运动。来描述原子中电子的运动。4-2-1波函数波函数下页退出上页薛定谔方程薛定谔方程 m为电子的质量为电子的质量 h为普朗克常数为普朗克常数薛定谔方程薛定谔方程: 波函数波函数E为总为总能量能量V为电子为电子的势能的势能x、y、z为电子的空为电子的空间坐标间坐标.偏微分符号二阶二阶偏微分偏微分下页退出上页奥地利物理学家奥地利物理学家E.SchrE.Schrdingerdinger下页退出上页偏微分符号偏微分符号二阶偏微分符号二阶偏微分符号波函数波函数 就是一系列多变量函数，经常是三个变量就是一系列多变量函数，经常是三个变量的函数。的函数。解薛定谔方程去求电

36、子运动的波函数，什么是已知？解薛定谔方程去求电子运动的波函数，什么是已知？已知条件是电子质量已知条件是电子质量m和电子的势能和电子的势能V。下页退出上页方方程程中中既既包包含含体体现现微微粒粒性性的的物物理理量量m,也也包包含含体体现现波波动动性性的的物理量物理量;求解薛定锷方程求解薛定锷方程,就是求得波函数就是求得波函数和能量和能量E ;解解得得的的不不是是具具体体的的数数值值,而而是是包包括括三三个个常常数数(n,l,m)和和三三个变量个变量(r,)的函数式的函数式n,l,m (r,);数数学学上上可可以以解解得得许许多多个个n,l,m (r,),但但其其物物理理意意义义并并非非都都合理合

37、理;为为了了得得到到合合理理解解,三三个个常常数数项项只只能能按按一一定定规规则则取取值值,很很自自然然地地得得到到三三个个量量子子数数.有有合合理理解解的的函函数数式式叫叫做做波波函函数数(Wave functions),它们以它们以n,l,m 的合理取值为前提的合理取值为前提.下页退出上页波动力学的成功波动力学的成功: : 轨道能量的量子化不轨道能量的量子化不需在建立数学关系式时事先假定需在建立数学关系式时事先假定. . 波函数波函数 = = 薛定锷方程的合理解薛定锷方程的合理解 = = 原子轨道原子轨道 下页退出上页 有了薛定谔方程，有了薛定谔方程，原则上讲，任何体系的电原则上讲，任何体

38、系的电子运动状态都可求解了子运动状态都可求解了。把势能项。把势能项V V找出，代入薛找出，代入薛定谔方程中，求解方程得到波函数定谔方程中，求解方程得到波函数 的具体表达的具体表达同时求得对应的能量。同时求得对应的能量。 遗憾：遗憾：薛定谔方程是很难求解的薛定谔方程是很难求解的。 至今只能精确求解单电子体系的薛定谔方程，至今只能精确求解单电子体系的薛定谔方程，对单电子体系，我们只要求了解量子力学处理原子对单电子体系，我们只要求了解量子力学处理原子结构问题的大概思路以及解薛定谔方程所得到的主结构问题的大概思路以及解薛定谔方程所得到的主要结论。要结论。 下页退出上页 r :径向坐标径向坐标,决定了球

39、面的大小决定了球面的大小:角角坐坐标标,由由z轴轴沿沿球球面面延延伸伸至至r 的弧线的弧线所表示的角度所表示的角度.:角角坐坐标标,由由r沿沿球球面面平平行行xy面面延伸至延伸至xz面面的弧线所表示的角度的弧线所表示的角度.1.直角坐标直角坐标(x, y, z)与球坐标与球坐标(r,)的转的转换换下页退出上页将以上关系代入薛定谔方程将以上关系代入薛定谔方程 ， 整理得：整理得： （2 2）式即为氢原子薛定谔方程在球坐标下的形式。经过坐）式即为氢原子薛定谔方程在球坐标下的形式。经过坐标变换，三个变量不再同时出现在势能项中。标变换，三个变量不再同时出现在势能项中。 如果我们把坐标变换作为解如果我们

40、把坐标变换作为解薛定谔方程的第一步，那么薛定谔方程的第一步，那么变量分离则是第二步。变量分离则是第二步。下页退出上页用波函数进行变量分离：用波函数进行变量分离： n, l, m（r,）=R(r)Y(,）其中：其中：Y（,）是是波波函函数数的的角角度度部部分分，叫叫角角度度波波函函数数，它它随角度（随角度（,）变化。）变化。R（r）是是波波函函数数的的径径向向部部分分，叫叫径径向向波波函函数数，它它只只随电子离核的距离随电子离核的距离r而变化。而变化。2.2.分离变量分离变量下页退出上页 也就是说氢原子体系的也就是说氢原子体系的 和与之对应的和与之对应的 E E 可可以通过解薛定谔方程得到，解出

41、的每一个合理的以通过解薛定谔方程得到，解出的每一个合理的 和和E E ，就代表体系中电子运动的一种状态。可见，就代表体系中电子运动的一种状态。可见，在量子力学中是波函数来描述电子粒子的运动状态。在量子力学中是波函数来描述电子粒子的运动状态。 薛定谔方程得到的具体的波函数应是薛定谔方程得到的具体的波函数应是 ( ( r r， ， ) )和体系的总能量。和体系的总能量。下页退出上页在在解解方方程程时时，为为了了使使解解出出的的函函数数有有合合理理的的物物理理意意义义，还还必必须须引引入入一一套套参参数数 n n、l l、m m 作作为为限限制制条条件件。这这一一套套参参数数在在量量子子化学中称为化

42、学中称为量子数量子数。其取值规则为：。其取值规则为： n n = 1 = 1，2 2， 3 3， n n 为自然整数为自然整数 l l n n - 1 - 1 l l = 0,1,2, = 0,1,2, ( , ( n n -1)-1) | |m m| | l l m m = 0, = 0,1,1,2, 2, , , l l 每一组轨道量子数每一组轨道量子数n n、l l、m m，可以确定一个函数，即：，可以确定一个函数，即：3.3.引入参数引入参数下页退出上页波函数波函数(r,r, ): 代表电子运动的一种稳定状态，俗称代表电子运动的一种稳定状态，俗称原子轨道。原子轨道。径向波函数径向波函数

43、R(rR(r):): 由由n n和和l l决定，它描述波函数随电子离核远近决定，它描述波函数随电子离核远近(r)(r)的的变化情况变化情况. .角度波函数角度波函数. .Y(， ): 由由l l和和m m决定，描述波函数随电子在核的不同方向的决定，描述波函数随电子在核的不同方向的变化情况，变化情况， 通常将通常将l=0,1,2.3,l=0,1,2.3,的轨道分别称为的轨道分别称为s s轨道轨道、p p轨轨道道、d d轨道轨道、f f轨道轨道、下页退出上页氢原子的波函数氢原子的波函数下页退出上页解出每一个原子轨道解出每一个原子轨道 （r， ， ）具体形式的具体形式的同时，可以解得一个特定的能量同

44、时，可以解得一个特定的能量E与之相对应。对于与之相对应。对于氢原子来说氢原子来说式中式中Z是原子序数，是原子序数，n是参数（主量子数），是参数（主量子数），eV是能量单位。是能量单位。在此，并不要求我们去解薛定谔方程，只要了在此，并不要求我们去解薛定谔方程，只要了解解薛定谔方程的一般思路即可。解解薛定谔方程的一般思路即可。下页退出上页 的物理意的物理意义 从薛定谔方程解得的波函数是包括空间坐标从薛定谔方程解得的波函数是包括空间坐标x x，y y，z z 的函的函数式，常记作数式，常记作 （x, y, zx, y, z）。但该数值代表空间上这一点）。但该数值代表空间上这一点的什么性质呢？其意义是

45、不明确的的什么性质呢？其意义是不明确的. .因此，因此，本身并没有明本身并没有明确的物理意义确的物理意义。只能说。只能说是描述核外电子运动状态的数学表是描述核外电子运动状态的数学表达式，电子运动的规律是受它控制的。但是，达式，电子运动的规律是受它控制的。但是，波函数绝对值波函数绝对值的平方的平方| | |2 2却有明确的意义却有明确的意义。它代表空间某一点电子出现。它代表空间某一点电子出现的概率密度的概率密度(Probability Density)(Probability Density)，| | |2 2 表示原子空间表示原子空间某一点附近单位体积内出现的概率，称为空间某一点电子出某一点附

46、近单位体积内出现的概率，称为空间某一点电子出现的概率密度现的概率密度。 如果要知道电子在核外运动的状态，只要把核外空间每一如果要知道电子在核外运动的状态，只要把核外空间每一点的坐标值代入点的坐标值代入函数中，可求得各点的函数中，可求得各点的值，该值的平方值，该值的平方即为电子在该点上出现的概率密度，所以电子运动的状态也即为电子在该点上出现的概率密度，所以电子运动的状态也就掌握了。就掌握了。下页退出上页4-2-24-2-2 波函数和波函数和电子云子云图 是是r， ， 的函数。的函数。能否根据能否根据| |2或或 的解析式画的解析式画出其出其图象呢？象呢？ (r， ， )或或 (x，y，z)3个个

47、变量量加加1个函数，个函数，共四个共四个变量。量。需要在四需要在四维空空间中中做做图。 的的图形无法画出来。所以只好从不同的角度，片面地形无法画出来。所以只好从不同的角度，片面地去去认识这一一问题。把波函数分。把波函数分为径向部分径向部分和和角度部分角度部分，分分别加以加以讨论。下页退出上页一、一、波函数角度分布图波函数角度分布图 经过计算，得到经过计算，得到 以及与其对应以及与其对应Y( ， )和和|Y( ， )|2的数据。的数据。根据这些数据可以画出两种角度分布图：根据这些数据可以画出两种角度分布图：波函数的角度分布图波函数的角度分布图和和电子云的角度分布图电子云的角度分布图。角度部分角度

48、部分则角度部分的几率密度为则角度部分的几率密度为|Y( ， )|2=cos2 径向部分径向部分*a0玻尔半径，玻尔半径，R，Y以外部分为归一化常数。以外部分为归一化常数。如如2Pz的波函数的波函数下页退出上页(以以氢原子氢原子2px轨道为例轨道为例) 通过坐标原点画出若干条射线通过坐标原点画出若干条射线, , 每条对应一组每条对应一组 和和 值值; ; 将将该该组组和和 值值代代入入波波函函数数式式( (见见上上) )中中进进行行计计算算, , 以以计计算算结果标在该结果标在该 射线上某一点射线上某一点; ; 用用同同样样方方法法标标出出其其它它射射线线上上的的点点, ,然然后后将将所所有有的

49、的点点相相联联, ,得得沿沿 x x 轴伸展轴伸展 的哑铃形面的哑铃形面. . 下页退出上页各种波函数的角度分布图各种波函数的角度分布图s轨道轨道s s 轨道轨道( (l l = 0, = 0, m m = 0 ) = 0 ) : : m m 一一种取值种取值, , 空间一种取向空间一种取向, , 一条一条 s s 轨道轨道. .下页退出上页各种波函数的角度分布图各种波函数的角度分布图p轨道轨道 p 轨道轨道( (l = 1, = 1, m = +1, 0, -1) = +1, 0, -1) m 三种取值三种取值, , 三种取向三种取向, , 三条等价三条等价( (简并简并) ) p轨道轨道.

50、 .下页退出上页各种波函数的角度分布图各种波函数的角度分布图d轨道轨道d d 轨道轨道( (l l = 2, = 2, m m = +2, +1, 0, -1, -2) = +2, +1, 0, -1, -2) : : m m 五五种取值种取值, , 空间五种取向空间五种取向, , 五条等价五条等价( (简并简并) ) d d 轨道轨道. .下页退出上页 f f 轨道轨道 ( ( l l = 3, = 3, m m = +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 ) = +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 ) : : m m 七种取值七种取值, , 空间七种取向空间七种

51、取向, , 七条等价七条等价( (简并简并) ) f f 轨道轨道. .本课程不要求记住本课程不要求记住f轨道轨道具体形状具体形状!下页退出上页 二、概率密度和电子云二、概率密度和电子云| |2：代表空间某点附近电子出现的：代表空间某点附近电子出现的概率密度概率密度，即，即单位体积内电子出现的概率单位体积内电子出现的概率 概概率率是电子在某一区域出现的次数。是电子在某一区域出现的次数。 概概率与电子出现区域的率与电子出现区域的体积体积有关，也与所在研究有关，也与所在研究区域单位体积内出现的区域单位体积内出现的次数次数有关。有关。 概率密度：概率密度：电子在单位体积内出现的概率。电子在单位体积内

52、出现的概率。q 概率与概率密度之间的关系概率与概率密度之间的关系 几率（几率（W W）= = 几率密度几率密度 体积（体积（V V） 即，电子在核外某区域内出现的即，电子在核外某区域内出现的概概率等于率等于概率密概率密度与该区域总体积的乘积度与该区域总体积的乘积下页退出上页电子云电子云:描述电子在核外出现的概率密度分布所得到的空间图描述电子在核外出现的概率密度分布所得到的空间图像像.| |2就是就是电子云的数学表达式。电子云的数学表达式。下页退出上页电子云图电子云图电子出现概率密度大的电子出现概率密度大的地方：电子云浓密一些地方：电子云浓密一些电子出现概率密度小的电子出现概率密度小的地方：电子

53、云稀薄一些地方：电子云稀薄一些下页退出上页电子云图象中每一个小黑点表示电子出现在核外空电子云图象中每一个小黑点表示电子出现在核外空间中的一次几率，几率密度越大，电子云图象中的间中的一次几率，几率密度越大，电子云图象中的小黑点越密。小黑点越密。总结：总结：电子并没有真的象云那样分散，不再是一个粒子，而电子并没有真的象云那样分散，不再是一个粒子，而只是电子行为统计结果的一种形象表示。只是电子行为统计结果的一种形象表示。电子云中的小黑点决不能看成是电子电子云中的小黑点决不能看成是电子, ,每个点表示电子在这个地方出现过，每个点表示电子在这个地方出现过，或者表示出现的一次几率；或者表示出现的一次几率；

54、下页退出上页 三、电子云角度分布图三、电子云角度分布图 s s轨道的电子云分布图轨道的电子云分布图下页退出上页p轨道的电子云分布图下页退出上页d轨道的电子云分布图下页退出上页f轨道的电子云分布图下页退出上页电子云的角度分布图比波函数的角度分布图略电子云的角度分布图比波函数的角度分布图略“瘦瘦”些。电子云的角度分布图没有些。电子云的角度分布图没有 。作为波函数的符号，它表示原子轨道的对称性，作为波函数的符号，它表示原子轨道的对称性，因此在讨论化学键的形成时有重要作用。因此在讨论化学键的形成时有重要作用。波函数的角度分布图有波函数的角度分布图有 。这这是根据的解析式算得的。它不表示电性的正负。是根

55、据的解析式算得的。它不表示电性的正负。特征：特征：下页退出上页令令D(r)=4 r2|R|2，D(r)称称为为径向分布函数径向分布函数。用用D(r)对对r作图作图，考察，考察单位厚度球壳内的几率单位厚度球壳内的几率随随r的变化的变化情况，即得到情况，即得到径向几率分布图径向几率分布图。必须注意的是，离中心近的必须注意的是，离中心近的球壳中球壳中几率密度大，但由于半径几率密度大，但由于半径小，故小，故球壳的体积小；球壳的体积小；离中心远的离中心远的球壳中球壳中几率密度小，但由于半几率密度小，但由于半径大，故径大，故球壳的体积大。球壳的体积大。所以径向分布函数不是单调的所以径向分布函数不是单调的(

56、即不单即不单调上升或单调下降调上升或单调下降)，其图象其图象是有极值的曲线。是有极值的曲线。以以1s为例来回答上述问题。为例来回答上述问题。首先，看首先，看1s的径向几率分布图的径向几率分布图。四、电子云四、电子云径向分布函数径向分布函数D(r)r1saor2sD(r)D(r)r3srD(r)2pD(r)r3p1s在在r=ao处几率最大，处几率最大，是电子按层分布的第一层。是电子按层分布的第一层。ao=53pm，称玻尔半径。称玻尔半径。节面节面几率峰几率峰之间有之间有节面节面几率为零的球面。几率为零的球面。D(r)r3d下页退出上页 在几率峰之间有几率为零的节面。节面的数目有规律：在几率峰之间

57、有几率为零的节面。节面的数目有规律： 节面的数目节面的数目 = = n n l l 1 1 2 2s s，2p 2p 的最强几率峰比的最强几率峰比 1 1s s 的最强峰离核远些，属于第二的最强峰离核远些，属于第二层；层；3 3s s，3p3p，3d 3d 的最强几率峰比的最强几率峰比 2 2s s，2p 2p 的最强峰离核又远的最强峰离核又远些，属于第三层些，属于第三层 如果说核外电子是按层分布的话，其意义应与径向几率分布如果说核外电子是按层分布的话，其意义应与径向几率分布有关。有关。 几率峰的数目几率峰的数目 = = n n l l 下页退出上页氢原子轨道的径向分布图氢原子轨道的径向分布图

58、下页退出上页D D=4=4p pr r2 2R R。D D函数函数( (许多书上把这种函数称为电子许多书上把这种函数称为电子的径向分布函数的径向分布函数) )的物理意义是离核的物理意义是离核r r“无限薄球无限薄球壳壳”里电子出现的几率（几率等于几率密度乘体里电子出现的几率（几率等于几率密度乘体积，这里的体积就是极薄球壳的体积）。积，这里的体积就是极薄球壳的体积）。D D值越大表明在这个球壳里电子出现的几率越大。值越大表明在这个球壳里电子出现的几率越大。因而因而D D函数可以称为函数可以称为电子球面几率图象电子球面几率图象电子球面几率图象电子球面几率图象（“球面球面”是是“无限薄球壳无限薄球壳

59、”的形象语言）。氢原子的电子的形象语言）。氢原子的电子处于处于1s,2s,2p, 3s,3p,3d1s,2s,2p, 3s,3p,3d等轨道的等轨道的D D D D函数图象函数图象函数图象函数图象下页退出上页 像像玻玻尔尔的的固固定定轨轨道道一一样样, , 波波动动力力学学的的轨轨道道也也由由量量子子数数所所规规定定. . 不不同同的的是是, , 原原子子轨轨道道用用三三个个量量子子数数而不像玻尔轨道只用一个量子数描述而不像玻尔轨道只用一个量子数描述. . 4-2-3四个量子数四个量子数(重点重点)下页退出上页（1）主量子数主量子数n (principal quantum number) 确定

60、电子出现几率最大处离核的距离确定电子出现几率最大处离核的距离 不同的不同的n n 值，对应于不同的电子壳层值，对应于不同的电子壳层.KLMNO. 与电子能量有关，对于氢原子，电子能量唯一决定于与电子能量有关，对于氢原子，电子能量唯一决定于n下页退出上页 与与角动量有关，对于多电子原子角动量有关，对于多电子原子, , l 也与也与E 有关有关 l 的取值的取值 0，1，2，3n-1(亚层）亚层） s, p, d, f. l 决定了决定了的角度函数的形状的角度函数的形状（2）角量子数角量子数l (angular momentum quantum umber)下页退出上页（2）角量子数角量子数l (

61、angular momentum quantum umber)Theallowedvaluesforangularmomentumquantumnumber,lnl1234(subshellsymbol0000s111p22d3f )下页退出上页由此可知，在第四层上，共有由此可知，在第四层上，共有4种不同形状的轨道。同种不同形状的轨道。同层中层中(即即n相同相同)不同形状的轨道称为不同形状的轨道称为亚层亚层，也叫分层。就也叫分层。就是说核外第四层有是说核外第四层有4个亚层或分层。个亚层或分层。下页退出上页（2）角量子数角量子数l (angular momentum quantum umber)

62、s 轨道轨道球形球形p轨道轨道哑铃形哑铃形d轨轨道道有有两两种种形形状状下页退出上页 与角动量的取向有关，取向是量子化的与角动量的取向有关，取向是量子化的 m可取可取 0，1,2l 值决定了值决定了角度函数的空间取向角度函数的空间取向 l 值相同的轨道互为等价轨道值相同的轨道互为等价轨道（3）磁量子数磁量子数m ( magnetic quantum number)下页退出上页Theallowedvaluesformagneticquantumnumber,mLmnumberoforbital0(s)1(p)2(d)3(f)01012101232101231357取值取值受角量子数受角量子数l的

63、影响的影响，对于给定的，对于给定的l，m可取：可取：0， 1， 2， 3， l，共共2 l +1个个值。值。 下页退出上页s s 轨道轨道( (l l = 0, = 0, m m = 0 ) = 0 ) : : m m 一一种取值种取值, , 空间一种取向空间一种取向, , 一条一条 s s 轨道轨道. .p p 轨道轨道( (l l = 1, = 1, m m = +1, 0, -1)= +1, 0, -1)m m 三种取值三种取值, , 三种取向三种取向, , 三条等价三条等价( (简并简并) ) p p 轨道轨道. .下页退出上页d d 轨道轨道( (l l = 2, = 2, m m

64、= +2, +1, 0, -1, -2) = +2, +1, 0, -1, -2) : : m m 五五种取值种取值, , 空间五种取向空间五种取向, , 五条等价五条等价( (简并简并) ) d d 轨道轨道. .下页退出上页（4）自旋量子数自旋量子数ms(spin quantum number) 描述电子绕自轴旋转的状态描述电子绕自轴旋转的状态 自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为 ms取值取值+1/2和和-1/2，分别用，分别用和和表示表示Magnetic fieldscreenSmall clearance spaceSilver atomic ra

65、ykiln下页退出上页（4）自旋量子数自旋量子数ms(spin quantum number)想象中的电子自旋想象中的电子自旋 两种可能的自旋方向两种可能的自旋方向: : 正向正向(+1/2)(+1/2)和反向和反向(-1/2)(-1/2) 产生方向相反的磁场产生方向相反的磁场 相相反反自自旋旋的的一一对对电电子子, , 磁磁场相互抵消场相互抵消. . Electron spin visualized下页退出上页例例:用四个量子数描述用四个量子数描述n=4，l=3的所有电子的运动状态。的所有电子的运动状态。解：解：l=3对应的有对应的有m=0， 1， 2， 3，共共7个值。个值。即有即有7条条

66、轨道。每条轨道中容纳两个自旋量子数分别为轨道。每条轨道中容纳两个自旋量子数分别为+1/2和和1/2的自旋方向的自旋方向相反的电子，所以有相反的电子，所以有2 7=14个运动状态不同的电子。分别用个运动状态不同的电子。分别用n，l，m，ms描述如下：描述如下：n，l，m，ms4301/24311/24311/24321/24321/24331/24331/2n，l，m，ms4301/24311/24311/24321/24321/24331/24331/2下页退出上页4-3多多电子原子核外子原子核外电子运子运动状状态4-3-1 4-3-1 屏蔽效应和穿透效应屏蔽效应和穿透效应一、一、屏蔽效应屏蔽

67、效应以以Li原子为例说明这个问题原子为例说明这个问题：研究外层的一个电子。研究外层的一个电子。它受到核的它受到核的的引力，同时又受到内层电子的的引力，同时又受到内层电子的2的斥力。的斥力。实际上受到的引力已经不会恰好是实际上受到的引力已经不会恰好是+3，受到的斥力也不会，受到的斥力也不会恰好是恰好是2下页退出上页我们把我们把看成是一个整体，即被中和掉部分正电的看成是一个整体，即被中和掉部分正电的的原子核。的原子核。于是我们研究的对象于是我们研究的对象外层的一个电子就相当于处在单电子体系中。中外层的一个电子就相当于处在单电子体系中。中和后的和后的核电荷核电荷Z变成了变成了有效核电荷有效核电荷Z*

68、。Z*=Z ， 为屏蔽常数。为屏蔽常数。下页退出上页在多电子体系中，核外其它电子抵消部分核电荷，有效在多电子体系中，核外其它电子抵消部分核电荷，有效核电荷降低，使被讨论的电子受到的核的作用变小。这种作核电荷降低，使被讨论的电子受到的核的作用变小。这种作用称为其它电子对被讨论电子的用称为其它电子对被讨论电子的屏蔽效应屏蔽效应。于是公式于是公式，变成，变成下页退出上页2s电电子子云云径径向向分分布布曲曲线线除除主主峰峰外外,还还有有一一个个距距核核更更近近的的小小峰峰.这这暗暗示示,部部分分电电子子云云钻钻至至离离核核更更近近的的空空间间,从从而而部部分分回回避避了了其其它它电电子子的屏蔽的屏蔽.

69、为什么为什么 2 2s 价电子比价电子比 2 2p 价价电子受到电子受到较小的屏蔽较小的屏蔽? ?Question 6Question 6下页退出上页Slater近似：近似： i取值取值（1）外对内，外对内，0（2）同层内，）同层内，0.35（3）次外层对外层，）次外层对外层，0.85（4）n-2或更内层，或更内层，1.00受到屏蔽作用的大小，因电子的角量子数受到屏蔽作用的大小，因电子的角量子数l 的不同而的不同而不同。不同。4s，4p，4d，4f受到其它电子的屏蔽作用依次增受到其它电子的屏蔽作用依次增大大，故有，故有E4sE4pE4dE4f在多电子体系中，在多电子体系中，n相同而相同而l不同

70、的轨道，发生能级分裂。不同的轨道，发生能级分裂。下页退出上页 二、二、 钻穿效应钻穿效应角量子数角量子数l 不同的电子，受到的屏蔽作用的不同的电子，受到的屏蔽作用的大小不同。其原因要归结到大小不同。其原因要归结到l 不同的轨道径向分不同的轨道径向分布布的不同上。的不同上。我们知道，主量子数我们知道，主量子数n相同的原子轨道相同的原子轨道，l 越小越小时内层几率峰越多。时内层几率峰越多。3s内层有两个几率峰，内层有两个几率峰，3p内层内层有一个几率峰，有一个几率峰，3d无内层几率峰。无内层几率峰。 电子在内层出现的几率大，当然受到的屏蔽电子在内层出现的几率大，当然受到的屏蔽要小。这相当于电子离核

71、近，故能量低。要小。这相当于电子离核近，故能量低。下页退出上页由于径向分布的不同，由于径向分布的不同，l 不同的电子钻穿到核不同的电子钻穿到核附近回避其它电子屏蔽的能力不同，从而使自身的附近回避其它电子屏蔽的能力不同，从而使自身的能量不同，这种作用称为能量不同，这种作用称为钻穿效应钻穿效应。钻穿效应的存在，不仅直接说明了钻穿效应的存在，不仅直接说明了能级分裂的能级分裂的原因原因，而且还可以解释所谓，而且还可以解释所谓能级交错能级交错现象。现象。下页退出上页三、三、原子轨道近似能级图原子轨道近似能级图Pauling，美国著名结构化学家，根据大量光谱实验数据和理论美国著名结构化学家，根据大量光谱实

72、验数据和理论计算，提出了多电子原子的计算，提出了多电子原子的原子轨道近似能级图原子轨道近似能级图。第一组第一组1s第二组第二组2s2p第三组第三组3s3p第四组第四组4s3d4p第五组第五组5s4d5p第六组第六组6s4f5d6p第七组第七组7s5f6d7p其中除第一能级组只有其中除第一能级组只有一个能级外，其余各能级组一个能级外，其余各能级组均以均以ns开始，以开始，以np结束。结束。所有的原子轨道，共分成七个所有的原子轨道，共分成七个能级组能级组各能级组之间的能量高各能级组之间的能量高低次序，以及能级组中各能低次序，以及能级组中各能级之间的能量高低次序，在级之间的能量高低次序，在下页的图示

73、中说明。下页的图示中说明。能量能量1s2s2p3s3p4s4p3d5s5p4d6s6p5d4f组内能级间能量差组内能级间能量差小，能级组间能量小，能级组间能量差大差大每个每个代表一个原子轨道代表一个原子轨道p三重简并三重简并d五五重简并重简并f七重简并七重简并7s7p6d5f下页退出上页对鲍林能级图的重要说明对鲍林能级图的重要说明对鲍林能级图的重要说明对鲍林能级图的重要说明 1939 1939年年, , 鲍林鲍林( (Pauling L) )从大量光谱实验数据出发从大量光谱实验数据出发, , 通过理论通过理论 计算得出多电子原子计算得出多电子原子( (Many-electron atoms)

74、)中轨道能量的高低中轨道能量的高低 顺序顺序, , 即所谓的即所谓的顺序图顺序图. 鲍林能级图只适用于多电子原子鲍林能级图只适用于多电子原子.即不适用于氢原子和类氢原子即不适用于氢原子和类氢原子,氢原子和类氢原子不存在能级分裂现象氢原子和类氢原子不存在能级分裂现象,自然也谈不上能级交错自然也谈不上能级交错.鲍鲍林林能能级级图图严严格格意意义义上上只只能能叫叫 “顺顺序序图图 ”,顺顺序序是是指指轨轨道道被被填填充充的的顺顺序序或或电电子子填填入入轨轨道道的的顺顺序序 .换换一一种种说说法法，填填充充顺顺序序并并不不总总是是能能代代表表原原子子中中电电子子的的实实际际能能级级！ 例例 如如 Mn

75、原原 子子 (Z=25),最最先先的的 18个个电电子子填填入入 n =1和和2的的9条条轨轨道道 ,接接下下来来 2个个电电子子填填入入 4s 轨轨 道道 ,最最后后5个个电电子子填填入入顺顺序序图图中中能能级级最最高高的的 3d 轨轨 道道 .但但 是是 ,如如果果你你由由此此得得“Mn原原子子中中 3d电电子子的的能能级级高高于于 4s电电 子子 ”，那那就就错错了了 .金金属属锰锰与与酸酸反应生成反应生成Mn2+,失去的失去的2个电子属于个电子属于4s而非而非3d！ 1939 1939年年, , 鲍林鲍林( (Pauling L) )从大量光谱实验数据出发从大量光谱实验数据出发, ,

76、通过理论通过理论 计算得出多电子原子计算得出多电子原子( (Many-electron atoms) )中轨道能量的高低中轨道能量的高低 顺序顺序, , 即所谓的顺序图。即所谓的顺序图。 鲍林能级图只适用于多电子原子鲍林能级图只适用于多电子原子.即不适用于氢原子和类氢原子即不适用于氢原子和类氢原子,氢原子和类氢原子不存在能级分裂现象氢原子和类氢原子不存在能级分裂现象,自然也谈不上能级交错自然也谈不上能级交错.下页退出上页对于单电子体系，其能量为对于单电子体系，其能量为即即单电子体系单电子体系中，轨道中，轨道(或轨道上的电子或轨道上的电子)的能量，只由主的能量，只由主量子数量子数n决定。决定。n

77、相同的轨道，能量相同相同的轨道，能量相同：E4s=E4p=E4d=E4f而且而且n越大能量越高越大能量越高：E1sE2sE3sr共共因金属晶体中的原子轨道无重叠。因金属晶体中的原子轨道无重叠。下页退出上页v范德华半径范德华半径单原子分子单原子分子(He，Ne等等)，原子间靠范德华，原子间靠范德华力，即分子间作用力结合，因此无法得到共价半径。力，即分子间作用力结合，因此无法得到共价半径。在低温高压下，稀有气体形成晶体。原子核间距的一半在低温高压下，稀有气体形成晶体。原子核间距的一半定义为定义为范德华半径范德华半径。讨论原子半径的变化规律时，经常采用讨论原子半径的变化规律时，经常采用共价半径共价半

78、径。使用范德华半径讨论原子半径的变化规律时，显得比共使用范德华半径讨论原子半径的变化规律时，显得比共价半径大。价半径大。因为在稀有气体形成的晶体中，原子尚未相切。因为在稀有气体形成的晶体中，原子尚未相切。下页退出上页（1）原子半径在周期表中的变化原子半径在周期表中的变化只有当只有当d5，d10，f7，f14半充满和全充满半充满和全充满时，层中电子的对时，层中电子的对称性较高，这时称性较高，这时占主导地位占主导地位，原子半径原子半径 r增大增大。核电荷数核电荷数Z增大，对电子吸引力增大，使得原子半径增大，对电子吸引力增大，使得原子半径r有减小的趋势。有减小的趋势。核外电子数核外电子数增加，电子之

79、间排斥力增大，使得原子半径增加，电子之间排斥力增大，使得原子半径 r有增大的趋势。有增大的趋势。以以为主。即同周期中从左向右原子半径减小。为主。即同周期中从左向右原子半径减小。 从左向右，在原子序数增加的过程中，有两个因素在影响原子半径的变化从左向右，在原子序数增加的过程中，有两个因素在影响原子半径的变化这是一对矛盾，这是一对矛盾，以哪方面为主？以哪方面为主？同周期同周期下页退出上页短周期的主族元素，以第短周期的主族元素，以第3周期为例周期为例MgNaAlSiPSClArr/pm15413611811711010499154NaCl，7个个元素，元素，r减少减少了了55pm。相邻元素之间，平相

80、邻元素之间，平均减少幅度均减少幅度10pm许。许。Ar为范德华半径，为范德华半径，所以比较大所以比较大。下页退出上页ScNi，8个个元素，元素，r减少减少了了29pm。相邻元素之间，平相邻元素之间，平均减少幅度均减少幅度4pm许。许。r/pm144132122118117117116115117125ScTiVCrMnFeCoNiCuZnCu，Zn为为d10结构结构，电子斥力大，电子斥力大，所以所以r不但没减小，不但没减小，反而有所增加。反而有所增加。长周期的过渡元素长周期的过渡元素，以第以第 4 4 周期的第一过渡系列为例周期的第一过渡系列为例下页退出上页短周期短周期主族元素，电子填加到外层

81、轨道，对核的正电荷中和主族元素，电子填加到外层轨道，对核的正电荷中和少，有效核电荷少，有效核电荷Z*增加得多。所以增加得多。所以r减小的幅度大。减小的幅度大。长周期长周期过渡元素，电子填加到次外过渡元素，电子填加到次外层轨道层轨道，对核的正电荷中对核的正电荷中和多和多，Z*增加得少，所以增加得少，所以r减小的幅度小。减小的幅度小。短周期主族元素原子半径平均减少幅度短周期主族元素原子半径平均减少幅度10pm，长周期的过长周期的过渡元素平均减少幅度渡元素平均减少幅度4pm。造成这种不同的原因是什么？造成这种不同的原因是什么？试设想超长周期的内过渡元素，会是怎样的情况？试设想超长周期的内过渡元素，会

82、是怎样的情况？下页退出上页镧系收缩镧系收缩LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu15种元素，种元素，r共减小共减小11pm。电子填到内层电子填到内层(n2)f轨道，屏蔽系数轨道，屏蔽系数更大，更大，Z*增加的幅度更小。所以增加的幅度更小。所以r减小的幅度很小。减小的幅度很小。r/pm161160158158158170158r/pm169165164164163162185162Eu4f76s2，f轨道轨道半充满半充满，Yb4f146s2，f轨道全充满，电轨道全充满，电子斥力的影响占主导地位，原子半径变大。子斥力的影响占主导地位，原子半径变大。将将15种镧系元素，原子半径

83、共减小种镧系元素，原子半径共减小11pm这一事实，称为这一事实，称为镧镧系收缩系收缩。下页退出上页镧系镧系元素自身的影响，使元素自身的影响，使15种镧系元素的半径相似种镧系元素的半径相似，性质相近，性质相近，分离困难。分离困难。对于对于镧后镧后元素的影响，使得第二、第三过渡系的同族元素半径元素的影响，使得第二、第三过渡系的同族元素半径相近，性质相近，分离困难。相近，性质相近，分离困难。 KCaScTiVCrr/pm203174144132122118RbSrYZrNbMor/pm216191162145134130CsBaLaHfTaWr/pm235198169144134130镧系收缩的影响

84、镧系收缩的影响下页退出上页从上到下从上到下，有两种因素影响原子半径的变化趋势，有两种因素影响原子半径的变化趋势核电荷核电荷Z增加许多，对电子吸引力增大，增加许多，对电子吸引力增大，使使r减小；减小；核外电子核外电子增多，增加一个电子层，使增多，增加一个电子层，使r增大。增大。主族元素主族元素Li123pmNa154pmK203pmRb216pmCs235pmr增大增大在这一对矛盾中，在这一对矛盾中，起主导作用起主导作用。同族中，从上到下，原同族中，从上到下，原子半径增大子半径增大。同族中同族中下页退出上页副族元素副族元素 TiVCrr/pm132122118ZrNbMo145134130HfT

85、aW144134130第二过渡系列比第一第二过渡系列比第一过渡系列原子半径过渡系列原子半径r增增大大1213pm。第三过渡系列和第二第三过渡系列和第二过渡系列原子半径过渡系列原子半径 r相近相近或相等或相等。这是镧系收缩的。这是镧系收缩的影响结果。影响结果。 下页退出上页二、电离能二、电离能（1）基本概念）基本概念使一个原子失去一个电子变成正离子是需要吸收能量的。使一个原子失去一个电子变成正离子是需要吸收能量的。H(g)H+(g)+e H0吸热吸热这一过程这一过程相当于相当于1s态态电子电子自由电子自由电子怎样讨论这一过程的能量变化呢怎样讨论这一过程的能量变化呢？1s态态电子电子自由电子自由电

86、子 E=E自由自由E1s因而因而 E=0(13.6)=13.6(eV)因为因为E=13.6()2eV，所以所以E1s=13.6eV，而而E自由自由=13.6()2eV下页退出上页于是反应中电离出于是反应中电离出1mol电子所需的能量为：电子所需的能量为： E=1.602 1019 13.6 6.02 1023=1312(kJmol1 )电离能的定义电离能的定义某元素某元素1mol基态气态原子，失去最高能级的基态气态原子，失去最高能级的1个电子，个电子，形成形成1mol气态离子气态离子(M+)所吸收的能量，叫这种元素的所吸收的能量，叫这种元素的第一电离能第一电离能(用用I1表示表示)。1mol气

87、态离子气态离子(M+)继续失去最高能级的继续失去最高能级的1mol电子，形成电子，形成1mol气气态离子态离子(M2+)所吸收的能量则为所吸收的能量则为第二电离能第二电离能I2。即即M(g)M+(g)+e H=I1M+(g)M2+(g)+e H=I2用类似的方法定义用类似的方法定义I3，I4，In。下页退出上页H的第一电离能为的第一电离能为1312kJmol1。这个数值与前面计算的这个数值与前面计算的1s电子变成自电子变成自由电子时的能量很一致。因为单电子体系的计算，准确度高。一般来说电离能由电子时的能量很一致。因为单电子体系的计算，准确度高。一般来说电离能数据是通过光谱实验得到的。数据是通过

88、光谱实验得到的。同周期中同周期中，从左向右从左向右，核电荷，核电荷Z增大，原子半径增大，原子半径r减小减小。核对电核对电子的吸引增强子的吸引增强，愈来愈不易失去电子愈来愈不易失去电子，所以所以第一电离能第一电离能I1增大增大。短周期主族元素短周期主族元素I1/kJmol1LiBeBCNOFNe52090080110861402131416812081规律是从左向右第一电离能规律是从左向右第一电离能增大增大。但是有两处出现反常。但是有两处出现反常。BBe和和ON（2）第一电离能的变化规律）第一电离能的变化规律下页退出上页B硼硼电子结构为电子结构为He2s22p1，失去失去2p的一个电的一个电子，

89、达到类似于子，达到类似于Be的的2s2全充满的稳定结构。所以其全充满的稳定结构。所以其I1小于小于Be 。N氮氮电子结构为电子结构为He2s22p3，2p3为半充满结构，为半充满结构，比较稳定，不易失去电子。比较稳定，不易失去电子。I1增大明显。增大明显。O氧氧电子结构为电子结构为He2s22p4，失去失去2p4的一个的一个电子，即可达到电子，即可达到2p3半充满稳定结构。所以半充满稳定结构。所以I1有所降低，有所降低，以至于小于氮的第一电离能。以至于小于氮的第一电离能。Ne氖氖电子结构为电子结构为He2s22p6，为全充满结构，为全充满结构，不易失去电子，不易失去电子，所以其电离能在同周期中

90、最大。所以其电离能在同周期中最大。下页退出上页长周期副族元素长周期副族元素I1/kJmol1 ScTiVCrMnFeCoNiCuZn 631658650653717759758737746906总趋势上看，长周期副族元素的电离能随总趋势上看，长周期副族元素的电离能随Z的增加而的增加而增加，但增加的幅度较主族元素小些。增加，但增加的幅度较主族元素小些。Zn的电子结构为的电子结构为Ar3d104s2，属于稳定结构，不属于稳定结构，不易失去电子，所以易失去电子，所以Zn的的I1比较大。比较大。原因是原因是副族元素的原子半径减小的幅度较主族元素小副族元素的原子半径减小的幅度较主族元素小。内过渡元素第一

91、电离能增加的幅度更小，且规律性更差。内过渡元素第一电离能增加的幅度更小，且规律性更差。下页退出上页核电荷数核电荷数Z增大，核对电子吸引力增大。增大，核对电子吸引力增大。I增大增大；电子层电子层增加，原子半径增大，电子离核远，核对电子吸增加，原子半径增大，电子离核远，核对电子吸引力减小。引力减小。I减小。减小。 这对矛盾中，这对矛盾中，以以 为主导为主导。所以，同族中自上而下，元素所以，同族中自上而下，元素的电离能减小。的电离能减小。同族中同族中自上而下，有互相矛盾的两种因素影响电离能变化。自上而下，有互相矛盾的两种因素影响电离能变化。主族主族I1/kJmol1 Be900Mg738Ca590S

92、r550Ba503I变小变小下页退出上页副族元素的电离能副族元素的电离能第二过渡系列明显小于第二过渡系列明显小于第三过渡系第三过渡系列。原因是第二、三过渡系的半径相近，但第三过渡系列的列。原因是第二、三过渡系的半径相近，但第三过渡系列的核电荷数要比第二过渡系列大得多。核电荷数要比第二过渡系列大得多。TiVCrMnFeCoNiCuZnI1/kJmol -1658650653717759758737746906ZrNbMoTcRuRhPdAgCdI1/kJmol -1660664685702711720805731868HfTaWReOsIrPtAuHgI1/kJmol -165476177076

93、08408808708901007下页退出上页（3 3） 电离能与价态之间的关系电离能与价态之间的关系首先要明确，失去电子形成正离子后，首先要明确，失去电子形成正离子后，有效核电有效核电荷数荷数Z*增加，半径增加，半径r减小，故核对电子引力大，再减小，故核对电子引力大，再失去电子更加不易。所以对于一种元素而言有失去电子更加不易。所以对于一种元素而言有I1I2I3I4即：即：电离能逐级加大电离能逐级加大下页退出上页分析下列数据，探讨分析下列数据，探讨电离能与价态电离能与价态之间的关系。之间的关系。I1I2I3I4I5I6Li520728911815Be90017571484921007B8012

94、427366025026C10862353462162233783047277N1402285645787475944553266电离能电离能kJmol-1下页退出上页Li=14.02倍，扩大倍，扩大14倍。倍。I2过大，不易生成过大，不易生成+2价离子，所以锂经常以价离子，所以锂经常以+1价态存在，形成价态存在，形成Li+。Be=1.95倍，倍，=8.45倍。倍。I3过大，不易生成过大，不易生成+3价离子，所以铍经常以价离子，所以铍经常以+2价态存在，形成价态存在，形成Be2+。下页退出上页B=1.38倍，倍，=6.83倍。倍。I4过大，所以过大，所以B(IV)不易形成，不易形成，B(III

95、)是常见价态。是常见价态。C=1.35倍，倍，=6.08倍。倍。I5过大，所以过大，所以C(V)不易形成，不易形成，C(IV)是常见价态。是常见价态。N=1.26倍，倍，=5.67倍。倍。I6过大，所以过大，所以N(VI)不易形成，不易形成，N(V)是常见价态。是常见价态。下页退出上页（1）概念概念1mol某元素的基态气态原子，得到某元素的基态气态原子，得到1mol电子，形成气态负离子电子，形成气态负离子(M)时所放出的能量，叫该元素的时所放出的能量，叫该元素的第一电子亲合能第一电子亲合能。用。用E1表示。同样有表示。同样有E2，E3，E4等。等。例如例如F(g)+e=F(g) H=322kJ

96、mol1，则则E1= H=322kJmol1（2）第一电子亲合能在周期表中的变化第一电子亲合能在周期表中的变化若原子的核电荷若原子的核电荷Z大，原子半径大，原子半径r小，核对电子引力大，结合电子后释放小，核对电子引力大，结合电子后释放的能量多，于是电子亲合能的能量多，于是电子亲合能E大。大。测得的电子亲合能数据不全，有些是计算出来的。测得的电子亲合能数据不全，有些是计算出来的。必须注意的是，电子亲合能定义为形成负离子时所放出的能量，所以电子必须注意的是，电子亲合能定义为形成负离子时所放出的能量，所以电子亲合能亲合能E的符号与过程的的符号与过程的 H的符号相反。的符号相反。三、三、电子亲和能电子

97、亲和能下页退出上页因为因为N的电子结构为的电子结构为He2s22p3，2p轨道半充满轨道半充满，比较比较稳定稳定。故。故N原子原子不易得电子不易得电子，如果得到电子如果得到电子，非但不释放能量非但不释放能量，反而要吸收能量反而要吸收能量。所以所以E为负值为负值。负值表示的是吸热，还是放热负值表示的是吸热，还是放热？为何为负值？为何为负值？同周期同周期BCNOFE/kJmol 123122(58)141322从左向右，电子亲合能从左向右，电子亲合能E增大增大，其中，其中氮元素氮元素的的(58)是是计算值。计算值。下页退出上页从上到下电子亲合能逐渐变小，但从上到下电子亲合能逐渐变小，但 F元素反常

98、元素反常。因为因为F的原子的原子半径半径非常非常小小，电子云密度大电子云密度大，排斥外来电子排斥外来电子，不易与之不易与之结合结合，所以所以E反而比较小反而比较小。同主族同主族F322Cl348.7Br324.5I295EkJmol1出于同种原因出于同种原因，O元素比同族的元素比同族的S元元素和素和Se元素的电子亲合能小。元素的电子亲合能小。下页退出上页既然既然F的电子亲合能比的电子亲合能比Cl的电子亲合能小，为的电子亲合能小，为何何F2反而比反而比Cl2活泼呢活泼呢?注意，这是注意，这是F2与与Cl2两种物质的化学活性的两种物质的化学活性的比较，或者说是分子活泼性的比较，而不是原子活比较，或

99、者说是分子活泼性的比较，而不是原子活泼性的比较。泼性的比较。下页退出上页首先看首先看分子的离解能分子的离解能1/2F2(g)F(g) H1=154.8kJmol11/2Cl2(g)Cl(g) H2=239.7kJmol 1再看电子亲合能再看电子亲合能F(g)+eF(g) H3=322kJmol 1Cl(g)+eCl(g) H4=348.7kJmol 11/2F2(g)F(g)F(g) H5= H1+ H3下页退出上页 综合考虑综合考虑分子的离解能，元素的电子亲合能，结果分子的离解能，元素的电子亲合能，结果DH5 H6，即氟的反应比氯的相应反应释放的能量多。即氟的反应比氯的相应反应释放的能量多。

100、所以，所以，F2比比Cl2更活泼。更活泼。1/2Cl2(g)Cl(g)Cl(g) H6= H2+ H4=239.7+(348.7)=109（kJmol ） H5=154.8+(322)=167.2（kJmol ）下页退出上页四、元素电负性四、元素电负性而在许多反应中，并非单纯的电子得失，单纯的形成而在许多反应中，并非单纯的电子得失，单纯的形成离子。而是电荷的部分转移，或者说是电子的偏移。因而离子。而是电荷的部分转移，或者说是电子的偏移。因而应该有一个量，综合考虑电离能和电子亲合能，可以表示应该有一个量，综合考虑电离能和电子亲合能，可以表示分子中原子拉电子的能力的大小。用它来正确判断元素在分子中

101、原子拉电子的能力的大小。用它来正确判断元素在化学反应中的行为。化学反应中的行为。电离能电离能I，表示元素的原子失去电子，形成正离子的表示元素的原子失去电子，形成正离子的能力的大小；能力的大小；电子亲合能电子亲合能E，表示元素的原子得到电子，形成负表示元素的原子得到电子，形成负离子的能力的大小。离子的能力的大小。下页退出上页1932年，年，Pauling提出了提出了电负性电负性的概念的概念电负性表示一个元素的原子在分子中吸引电子的能力。并规电负性表示一个元素的原子在分子中吸引电子的能力。并规定氟的电负性约为定氟的电负性约为4.0，其它元素与氟相比，得出相应数据。，其它元素与氟相比，得出相应数据。

102、LiBeBCNOFX0.981.572.042.153.043.443.98Cl3.16Br2.96I2.66同周期中同周期中，自左向右，电负性变大，元素的，自左向右，电负性变大，元素的非金属性增强。非金属性增强。同族中同族中，自上而下，电负性变小，元素的金，自上而下，电负性变小，元素的金属性增强。属性增强。下页退出上页一般认为一般认为X2.0为非为非金属。金属。周期表中，右上角的周期表中，右上角的F元素电负性最大，左下元素电负性最大，左下角的角的Cs元素电负性最小。元素电负性最小。X大小可以衡量元素的金大小可以衡量元素的金属性和非金属性属性和非金属性下页退出上页 1934年年Milliken

103、(密立根密立根)提出提出了了绝对电负性绝对电负性的概念。认为的概念。认为用用电离能与电子亲合能之和的一半可计算出绝对的电负性数值电离能与电子亲合能之和的一半可计算出绝对的电负性数值。X=(I+E)但由于但由于E的数据不足的数据不足，此式在应用中有局限性此式在应用中有局限性。1957年年，AllredRochow(阿莱阿莱罗周罗周)，以，以电子电子受到受到核的核的引力引力为基础，提出了为基础，提出了电负性的计算公式电负性的计算公式根据该公式计算的结果与根据该公式计算的结果与Pauling数据相吻合数据相吻合。下页退出上页五、元素金属性五、元素金属性元素的金属性由元素原子得失电子的难易程度来衡量。

104、原子越容易失去电子金属性越强；越容易结合电子非金属性越强。同周期：从左到右，有效核电荷逐渐增多，原子半径逐渐减小，最外层电子数逐渐增加，原子的金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。同一主族：从上到下，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。下页退出上页六、氧化数与原子结构氧化数又叫氧化态，它是以化合价学说和元素电负性概念为基础发展起来的一个化学概念，它在一定程度上标志着元素在化合物中的化合状态。 元素的氧化数决定于价电子的数目（参与化学键形成的电子称为价电子），价电子的数目决定于原子的外层电子结构。下页退出上页氧化数与化合价元素的氧化数或氧化态，是按一定规则给元素指定一个数字，以表征元素在各物质中的表观

105、电荷（又叫形式电荷）数。氧化数可以是正数、负数或分数。 化合价的原意是某种元素的原子与其他元素的原子相化合时两种元素的原子数目之间一定的比例关系，所以化合价不应为非整数且不分正负。 化合价的意义和数值与分子中化学键的类型有关。对于同一物质，其中同一元素的化合价和氧化数两者的数值一般是不同的。 对于离子化合物，由一个原子得失电子形成的简单离子的电价正好等于该元素的氧化数。其他离子的电价数与其中元素的氧化数不一定相等。对于共价化合物来说，元素的氧化数与共价数是有区别的。 下页退出上页例如，在CH3Cl和CHCl3两种化合物中，碳的化合价都是4价，但前者碳的氧化值是-2，后者是 + 2。 例如，在F

106、e3O4中，Fe实际上存在两种价态：+2和+3价，其分子组成为：Fe+3Fe+2Fe+3O4。氧化数是形式电荷数，所以可以为分数。 例如，H2分子和N2分子中H和N的氧化数皆为0，而它们的共价数分别为1和3。在H2O2分子中O的共价数为2，其氧化数为-1。在CH3Cl中，碳的共价数为4，碳的氧化数为+2，碳和氧原子之间的共价键数却为3。 下页退出上页元素的最高正氧化数等于价电子的总数。主族元素：元素的最高正氧化数等于该元素所属的族的序数。副族元素：最高正氧化数也等于该元素所属的族的序数。下页退出上页化学键：化学键：分子中相邻原子间强力的直接的相互作用力。分子中相邻原子间强力的直接的相互作用力。

107、类型：类型： 离子键、离子键、 共价键、共价键、 金属键金属键分子间力：分子间力：分子与分子间的相互作用力。分子与分子间的相互作用力。 类型：类型：范德华力、氢键、范德华力、氢键、 - -作用等作用等第二部分：分子结构第二部分：分子结构 自自然然界界中中, ,除除稀稀有有气气体体外外, ,物物质质都都不不是是以以单单原原子子状状态态存存在在, ,而而是是以原子之间相互结合而成的分子或晶体的状态存在。以原子之间相互结合而成的分子或晶体的状态存在。 分分子子结结构构通通常常包包含含化化学学键键和和空空间间构构型型等等两两方方面面内内容容, ,此此外外还还包包含了分子间的作用力问题。含了分子间的作用

108、力问题。下页退出上页4 4- -5 5 离子键离子键1 1、离子键的形成和特点、离子键的形成和特点2 2、离子键的结构、离子键的结构3 3、离子键的强度、离子键的强度下页退出上页 当活泼金属原子和活泼非金属原子在一定反应当活泼金属原子和活泼非金属原子在一定反应条件下互相接近时：条件下互相接近时： 活泼金属原子活泼金属原子可失去最外层电子，形成具有稳可失去最外层电子，形成具有稳定电子结构的带电正离子；定电子结构的带电正离子； 活泼非金属活泼非金属可得到电子，形成具有稳定电子结可得到电子，形成具有稳定电子结构的带电负离子。构的带电负离子。4-5-1离子键的形成和特点离子键的形成和特点下页退出上页N

109、a+Cl电子转移电子转移不稳定不稳定稳定稳定1S22S22P63S111NaNa+17ClCl-1S22S22P63S23P51S22S22P63S01S22S22P63S23P61.离子键的形成离子键的形成下页退出上页离子键的定义：离子键的定义：正负离子通过静电作用结正负离子通过静电作用结合成化合物的化学键，叫做离子键。合成化合物的化学键，叫做离子键。成键微粒：成键微粒：正负离子正负离子相互作用：相互作用：静电作用（静电引力和斥力）静电作用（静电引力和斥力）成键过程：成键过程：阴阳离子接近到某一定距离时，阴阳离子接近到某一定距离时，吸引和排斥达到平衡，就形成了离子键。吸引和排斥达到平衡，就形

110、成了离子键。含有离子键的化合物就是离子化合物。含有离子键的化合物就是离子化合物。2.离子键的定义离子键的定义下页退出上页R称为平衡距离称为平衡距离，是体系能量最低的状态，这种状态就是形，是体系能量最低的状态，这种状态就是形成离子键的标志。成离子键的标志。正负离子间的总势能为：正负离子间的总势能为：E总总E吸引吸引E排斥排斥E吸引吸引（.）E排斥排斥离子键的本质是静电引力。离子键的本质是静电引力。3.离子键的本质离子键的本质下页退出上页4.离子键的特点离子键的特点（3）无确定的分子量）无确定的分子量NaCl晶体是个大分子，晶体中无单独的晶体是个大分子，晶体中无单独的NaCl分子存在。分子存在。N

111、aCl是化学式，因此是化学式，因此58.5可以认为是式量，而不是分子量可以认为是式量，而不是分子量。（1）离子键没有方向性）离子键没有方向性与任何方向的电性不同的离与任何方向的电性不同的离子相吸引，所以无方向性。子相吸引，所以无方向性。（2）离子键没有饱和性）离子键没有饱和性只要是正负离子之间，则彼此只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。吸引，即无饱和性。下页退出上页CsCl型型晶胞中离子的个数：晶胞中离子的个数：(红球红球Cs+,绿球绿球Cl-)晶格：晶格：体心立方体心立方配位比：配位比：8:8下页退出上页晶胞中离子的个数：晶胞中离子的个数：ZnS型型(立方型立方型)晶格：面心立方晶格

112、：面心立方(红球红球Zn2+,绿球绿球S2-)配位比：配位比：4:4下页退出上页 (1)(1) 离子的电荷离子的电荷 (2)(2) 离子的半径离子的半径 (3) (3) 离子的电子构型离子的电子构型 (1)离子的电荷离子的电荷5.离子的特征离子的特征形成形成8电子稳定构型过程中：电子稳定构型过程中：原子失去价电子后形成原子失去价电子后形成正离子正离子。如如Na+，Mg2+和和Al3+等（等（+4价离子极少见）价离子极少见）原子获得价电子后形成原子获得价电子后形成负离子负离子。如卤素负离子如卤素负离子、氧离子、氧离子2-、硫离子、硫离子S2-等等。离子的电荷越高，离子间的静电引力越强。下页退出上

113、页（2）离子半径哥德希密特哥德希密特 ( Goldschmidt )离子半径离子半径将离子晶体中的离子看成是相切的球将离子晶体中的离子看成是相切的球体，正负离子的核间距体，正负离子的核间距d是是r+和和r之和之和。dr+r-d值可由晶体的值可由晶体的X射线衍射实验测定得到，射线衍射实验测定得到，例如例如MgOd=210pm。1926年，哥德希密特年，哥德希密特(Goldschmidt)用光学方法测得了用光学方法测得了F和和O2的半的半径，分别为径，分别为133pm和和132pm。结合结合X射线衍射所得的射线衍射所得的d值，得到一系值，得到一系列离子半径。列离子半径。=dMgO=210132=7

114、8(pm)这种半径种半径为哥德希密特半径哥德希密特半径。下页退出上页1927年，年，Pauling把最外层电子到核的距离，定义为离子半径。把最外层电子到核的距离，定义为离子半径。并利用有效核电荷等数据，求出一套离子半径数值，被称为并利用有效核电荷等数据，求出一套离子半径数值，被称为Pauling半径半径。教材上在比较半径大小和讨论变化规律时，多采用教材上在比较半径大小和讨论变化规律时，多采用Pauling半径半径。鲍林鲍林(Pauling)离子半径离子半径鲍林半径标准：鲍林半径标准：(O-)哥德希密德半径标准：哥德希密德半径标准：(O-)pm离子半径越小，离子间引力越大。下页退出上页 离子半径

115、的大小主要由核电荷对核外电子吸引的强弱所决定。离子半径的大小主要由核电荷对核外电子吸引的强弱所决定。l同一种元素：同一种元素：2-2- - 0 0 + + 2+2+ 例如例如Cr2+（84pm）Cr3+（69pm）Cr6+（52pm）。）。l同同一一主主族族元元素素形形成成的的价价态相相同同的的离离子子，从从上上到到下下半半径径增增大大；同同一一副副族族元元素素形形成成的的价价态相相同同的的离离子子，从从上上到到下下半半径径也也是是增增大大，但但由由于于镧系系收收缩的的影影响响，使使五五、六六周周期期的的同同族族同同价价态离离子子的的半半径径很很接接近近。例例如如ZrZr 4+4+（80pm8

116、0pm）、HfHf4+4+（81 81 pmpm）；NbNb5 5（70 70 pmpm）、TaTa5+5+（70 pm70 pm）；）；MoMo6+6+（62 pm62 pm）、）、W W 6+ 6+（65 pm65 pm）。）。l同同一一周周期期的的正正离离子子，从从左左到到右右随随着着离离子子电电荷荷的的升升高高（电电子子层层结结构相同）离子半径依次减小。构相同）离子半径依次减小。离子半径变化规律：离子半径变化规律：下页退出上页 (3)(3)离子的电子构型离子的电子构型离子离子原子结构原子结构离子结构离子结构离子构型离子构型LiLi1s1ss s2e 2e 构型构型NaNa2s2sp p

117、6 6 s s2s2sp p6 68e 8e 构型构型FeFe3+3+3s3p6d6s3s3s3p3p6 6d d5 59 - 17e 9 - 17e 构型构型CdCd2+2+4s4p64d105s24s4s4p4p6 64d4d10108e构型构型SnSn2+2+4s4p64d105s2p4s4s4p4p6 6 4d4d10105s5s18+2构型构型下页退出上页定义：定义：在标准状态下，按下列化学反应计量式使离子晶体变为气在标准状态下，按下列化学反应计量式使离子晶体变为气体正离子和气态负离子时所吸收的能量称为晶格能，用体正离子和气态负离子时所吸收的能量称为晶格能，用U表示。表示。UMaXb

118、(s)aMb+(g)+bXa-(g)(g)Cl+(g)NaNaCl(s)-+例如：例如：离子键的强度离子键的强度( (离子间的静电作用强度离子间的静电作用强度) )可用可用晶晶格能格能来衡量。来衡量。5.离子键的强度晶格能离子键的强度晶格能下页退出上页离子电荷数大离子电荷数大,离子半径小的离子晶体晶格能大离子半径小的离子晶体晶格能大,相应表现为相应表现为熔点高、硬度大等性能。熔点高、硬度大等性能。晶格能对离子晶体物理性质的影响：晶格能对离子晶体物理性质的影响：晶格能对离子晶体物理性质的影响：晶格能对离子晶体物理性质的影响：下页退出上页影响晶格能的因素：影响晶格能的因素：离子的电荷离子的电荷(晶

119、体类型相同时晶体类型相同时)离子的半径离子的半径(晶体类型相同时晶体类型相同时)晶体的结构类型晶体的结构类型离子电子层结构类型离子电子层结构类型Z，U例：例：U(NaCl)U(CaO)下页退出上页1价价键理理论(ValenceBondTheory)2轨道道杂化理化理论(OrbitalHybridizationTheory)3分子分子轨道理道理论(MolecularOrbitalTheory)4-6 共价键下页退出上页氢分子的形成：氢分子的形成：H氯化氢分子的形成：氯化氢分子的形成：Cl：HH Cl：HHH共用电子对不偏移，成键原子不显电性共用电子对不偏移，成键原子不显电性共用电子对偏向氯原子，

120、共用电子对偏向氯原子，氯原子带部分负电氯原子带部分负电荷，氢原子带部分正电荷。荷，氢原子带部分正电荷。共价键特点：共价键特点：共价键特点：共价键特点：HH（结构式）（结构式）HCl（结构式）（结构式）。1.经典共价键的形成经典共价键的形成共价键共价键下页退出上页共价键的定义：共价键的定义：原子之间通过原子之间通过共用电子对共用电子对所形成的所形成的相互作用，叫做相互作用，叫做共价键。共价键。成键微粒：成键微粒：原子原子相互作用：相互作用：共用电子对（电子云最大重叠）共用电子对（电子云最大重叠）成键元素：成键元素：同种或不同种同种或不同种非金属元素非金属元素2.共价键的定义共价键的定义下页退出上

121、页v4-6-1价键理论价键理论(ValenceBondTheory) 两个氢原子电子自旋方式两个氢原子电子自旋方式相反，靠近、重叠，核间形相反，靠近、重叠，核间形成一个电子概率密度较大的成一个电子概率密度较大的区域。系统能量降低，形成区域。系统能量降低，形成氢分子。氢分子。 核间距核间距 R R0 0为为74 pm74 pm。 共价键的本质共价键的本质原子轨道重叠，核间电子概率密度原子轨道重叠，核间电子概率密度大吸引原子核而成键。大吸引原子核而成键。量子力学处理量子力学处理H2分子的结果分子的结果下页退出上页一、一、价键理论基本要点价键理论基本要点价键理论成键基本要点：价键理论成键基本要点：

122、（1 1）具有自旋相反的单电子的原子相互接）具有自旋相反的单电子的原子相互接近时，其电子可以配对构成共价键（对称匹近时，其电子可以配对构成共价键（对称匹配原理）。配原理）。 （2 2）成键的原子轨道重叠越多，形成的共）成键的原子轨道重叠越多，形成的共价键越稳定。（即最大重叠原理）价键越稳定。（即最大重叠原理）共价键有共价键有方向性。方向性。 （3 3）在形成共价键时，一个电子和另一个）在形成共价键时，一个电子和另一个电子配对后，就不再和第三个电子配对，这电子配对后，就不再和第三个电子配对，这就是共价键的就是共价键的饱和性饱和性。 下页退出上页二、共价键的特点：二、共价键的特点：2 2、方向性：

123、、方向性：要达到原子轨道最大重叠，要达到原子轨道最大重叠，原子就必须在一定方向上相原子就必须在一定方向上相互接近互接近 1 1、饱和性：、饱和性：形成分子时，一个电子和另外一个电子配对后，就不再和其他形成分子时，一个电子和另外一个电子配对后，就不再和其他的电子配对，这就是共价键的饱和性。的电子配对，这就是共价键的饱和性。HClHOHNN下页退出上页离子键和共价键的比较离子键和共价键的比较离子键离子键共价键共价键成键微粒成键微粒正、负离子正、负离子原子原子成键本质成键本质静电作用静电作用共用电子对共用电子对表示法表示法以以NaClNaCl为例为例以为以为HClHCl例例成键元素成键元素典型的金属

124、元素、典型典型的金属元素、典型的非金属元素之间的非金属元素之间同种元素或同类非金属同种元素或同类非金属元素之间元素之间特征特征无饱和性、无方向性无饱和性、无方向性有饱和性、有方向性有饱和性、有方向性+NaCl：ClH下页退出上页1.键：键：原子轨道沿核间联线方向进行同号重叠原子轨道沿核间联线方向进行同号重叠(头碰头头碰头)。 键键s键和键和p键重叠方式示意图键重叠方式示意图三、共价键的键型三、共价键的键型下页退出上页2.键：键：两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行同号重叠两原子轨道垂直核间联线并相互平行进行同号重叠(肩肩并肩并肩). 键键氮分子中三键示意图氮分子中三键示意图NNN2下页退出上页

125、共价键理论可以解释成键问题，但无法解决共价键理论可以解释成键问题，但无法解决氨、甲氨、甲烷和水等物质的键角问题烷和水等物质的键角问题（空间结构），于是就出（空间结构），于是就出现了轨道杂化理论。现了轨道杂化理论。4-6-2 轨道杂化理论轨道杂化理论轨道杂化理论轨道杂化理论认为：原子在形成分子时，为了增认为：原子在形成分子时，为了增强成键能力使分子稳定性增强，趋向于将不同类强成键能力使分子稳定性增强，趋向于将不同类型的原子轨道重新组合成能量、形状、方向与原型的原子轨道重新组合成能量、形状、方向与原来不同的新的原子轨道。来不同的新的原子轨道。下页退出上页轨道杂化具有如下特性：轨道杂化具有如下特性：

126、（1 1）只有能量相近的轨道才能相互杂化。）只有能量相近的轨道才能相互杂化。（2 2）杂化轨道的成键能力大于未杂化的轨道。）杂化轨道的成键能力大于未杂化的轨道。（3 3）参加杂化的原子轨道的数目等于形成的杂化轨）参加杂化的原子轨道的数目等于形成的杂化轨道的数目。道的数目。（4 4）不同类型的杂化，杂化轨道的空间取向不同。）不同类型的杂化，杂化轨道的空间取向不同。 成键时能级相近的原子轨道混合杂化，重新组合成成键时能级相近的原子轨道混合杂化，重新组合成能量、形状和方向与原来不同的新的原子轨道，形成能量、形状和方向与原来不同的新的原子轨道，形成新的价电子轨道新的价电子轨道杂化轨道。杂化轨道。杂化轨

127、道：杂化轨道：下页退出上页Be：2s2(1)sp杂化杂化BeH2的空间构型为直线形的空间构型为直线形HHBe由由1 1个个nsns轨道与轨道与1 1个个npnp轨道杂化而成轨道杂化而成, ,键角键角为为180180，为直线型，为直线型 下页退出上页spsp杂化杂化BeBe采用采用spsp杂化生成杂化生成BeHBeH2 2下页退出上页B： 2s22p1二、二、sp2杂化杂化BFBF3 3的空间构型为平的空间构型为平面三角形面三角形由由1个个ns轨道与轨道与2个个np轨道杂化而成，键角为轨道杂化而成，键角为120，为平面三角形。例如为平面三角形。例如BF3下页退出上页sp2sp2杂化下页退出上页C

128、HCH4 4的空间构型的空间构型为正四面体为正四面体C：2s22p2三、三、sp3杂化杂化由由1 1个个nsns轨道与轨道与3 3个个npnp轨道杂化而成轨道杂化而成, , 键角为键角为1091092828，为正四面体结构。例如为正四面体结构。例如CClCCl4 4 。下页退出上页sp3下页退出上页四、四、 不等性不等性spsp3 3杂化杂化1对孤对电子下页退出上页 2对孤对电子下页退出上页小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型（重要）小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型（重要）小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型（重要）小结：杂化轨道的类型与分子的空间构型（重要）中心原子中心原子Be(A)B(

129、A)C,Si(A)N,P(A)O,S(A)Hg(B)直线形直线形 三角形三角形 四面体四面体 三角锥三角锥 V V型型杂化轨道类型杂化轨道类型s+ps+(3)ps+(2)ps+(3)p参加杂化的轨道参加杂化的轨道2443杂化轨道数杂化轨道数成键轨道夹角成键轨道夹角分子空间构型分子空间构型实例实例spsp2sp3不等性不等性sp3下页退出上页不能解释某些分子的结构和性质。不能解释某些分子的结构和性质。价键理论的局限性价键理论的局限性如如O2OO2s2s2p2pOO 根据价键理论，根据价键理论，O2中有一个中有一个 键和一个键和一个 键，其键，其电子全部成对。但经磁性实验测定，氧分子有两电子全部成

130、对。但经磁性实验测定，氧分子有两个个未成对电子未成对电子，自旋平行，表现出，自旋平行，表现出顺磁性顺磁性。 为了解释此现象，于是产生了分子轨道理论。为了解释此现象，于是产生了分子轨道理论。O=O 下页退出上页 19301930年，由美国年，由美国R.S.MullikenR.S.Mulliken和德国的和德国的HundHund提提出出 强调分子中的电子在整个分子的势场中运强调分子中的电子在整个分子的势场中运动（非定域键）动（非定域键） 而而VBVB法的共价键局限于成键法的共价键局限于成键两原子之间，是两原子之间，是“定域键定域键”。下页退出上页一、理论要点一、理论要点1.原子在形成分子时，所有电

131、子都有贡献，分子中的电子不再从原子在形成分子时，所有电子都有贡献，分子中的电子不再从属于某个原子，而是在整个分子空间范围内运动。在分子中电子属于某个原子，而是在整个分子空间范围内运动。在分子中电子的空间运动状态可用相应的的空间运动状态可用相应的分子轨道波函数（称为分子轨道）来描述。 分子轨道和原子轨道的主要区别在于：(1)在原子中，电子的运动只受 1个原子核的作用，原子轨道是单核系统；而在分子中，电子则在所有原子核势场作用下运动，分子轨道是多核系统。(2)原子轨道的名称用s、p、d符号表示，而分子轨道的名称则相应地用、符号表示。 下页退出上页2.分子轨道可以由分子中原子轨道波函数的线性组合而得

132、到。分子轨道可以由分子中原子轨道波函数的线性组合而得到。 几个原子轨道可组合成几个分子轨道，其中有一半分子轨道分别由正负符号相同的两个原子轨道叠加而成，两核间电子的概率密度增大，其能量较原来的原子轨道能量低，有利于成键，称为成键分子轨道，如、轨道（轴对称轨道）； 另一半分子轨道分别由正负符号不同的两个原子轨道叠加而成，两核间电子的概率密度很小，其能量较原来的原子轨道能量高,不利于成键,称为反键分子轨道，如 *、* 轨道（镜面对称轨道，反键轨道的符号上常加“*”以与成键轨道区别）。 若组合得到的分子轨道的能量跟组合前的原子轨道能量没有明显差别，所得的分子轨道叫做非键分子轨道。 一、理论要点一、理

133、论要点下页退出上页一、理论要点一、理论要点3.原子轨道线性组合的原则（分子轨道是由原子轨道线性组合而得）（1）对称性匹配原则 只有对称性匹配的原子轨道才能组合成分子轨道，这称为对称性匹配原则。 原子轨道有s、p、d等各种类型，从它们的角度分布函数的几何图形可以看出，它们对于某些点、线、面等有着不同的空间对称性。对称性是否匹配，可根据两个原子轨道的角度分布图中波瓣的正、负号对于键轴（设为x轴）或对于含键轴的某一平面的对称性决定。 符合对称性匹配原则的几种简单的原子轨道组合是，(对 x轴) s-s、s-px 、px-px 组成分子轨道；（对 xy平面）py-py 、pz-pz 组成分子轨道。 下页

134、退出上页6-4-26-4-2分子轨道的形成分子轨道的形成s-s原子轨道的组合原子轨道的组合+_+nsns ns*ns能能量量 ns*ns成键轨道成键轨道 能量能量沿沿键轴对称分布称分布轨道道, , 电子子反键轨道反键轨道 能量能量1s 1s*1s1sA.OM.OA.O能能量量例例H2H2分子轨道的电子排布式：分子轨道的电子排布式：H2(1s)2下页退出上页p-p原子轨道的组合原子轨道的组合*npx成键轨道成键轨道 能量能量轨道轨道电子电子沿键轴沿键轴对称对称反键轨道反键轨道成键轨道成键轨道轨道轨道电子电子对含键轴对含键轴平面反对称平面反对称反键轨道反键轨道 npx*npx*npz npz_+能

135、能量量npxnpx_+_+_+_+_+_+ npx+_- -_+_+_+_+npZnpZ_+_能能量量*npz npz- -下页退出上页（2）能量近似原则 在对称性匹配的原子轨道中，只有能量相近的原子轨道才能组合成有效的分子轨道，而且能量愈相近愈好，这称为能量近似原则。 （3）轨道最大重叠原则）轨道最大重叠原则 对称性匹配的两个原子轨道进行线性组合时，其重叠程度愈大，则组合成的分子轨道的能量愈低，所形成的化学键愈牢固，这称为轨道最大重叠原则。 在上述三条原则中，对称性匹配原则是首要的，它决定原子轨道有无组合成分子轨道的可能性。能量近似原则和轨道最大重叠原则是在符合对称性匹配原则的前提下，决定分

136、子轨道组合效率的问题。 下页退出上页4.电子在分子轨道中的排布也遵守原子轨道电子排布的同样原则，即Pauli不相容原理、能量最低原理和Hund规则。具体排布时，应先知道分子轨道的能级顺序。目前这个顺序主要借助于分子光谱实验来确定。 一、理论要点一、理论要点5.在分子轨道理论中，用键级（bond order）表示键的牢固程度。键级的定义是： 键级 （成键轨道上的电子数 - 反键轨道上的电子数）2。 键级也可以是分数。一般说来，键级愈高，键愈稳定；键级为零，则表明原子不可能结合成分子，键级越小（反键数越多），键长越大。 下页退出上页二、同核双原子分子的二、同核双原子分子的分子轨道能级图分子轨道能级

137、图同核双原子分子的同核双原子分子的分子轨道能级图分为分子轨道能级图分为A图图和和B图图两种。两种。A图适用于图适用于O2，F2分子；分子；B图适用于图适用于B2，C2，N2等分子等分子必须注意必须注意A图和图和B图之间的差别图之间的差别下页退出上页O2、F2分子的分子轨道能级图分子的分子轨道能级图2s2p1s2p*2p*2p*2s*1s1s1s2s2s2p2pA.OM.OA.O 1s *1s 2s *2s 2px2py= 2pz*2py= *2pz*2px能能量量A图图下页退出上页2p能能量量例例F22s2p1s2p*2p*2p*2s*1s1s1s2s2s2pA.OM.OA.OF2( 1s)2

138、( *1s)2( 2s)2( *2s)2( 2px)2( 2py)2( 2pz)2( *2py)2( *2pz)2F2分子轨道式分子轨道式1s22s22p5F电子分布电子分布FF分子结构式分子结构式下页退出上页2s2p1s2p*2p*2p*2s*1s1s1s2s2s2p2pA.OM.OA.O 1s *1s 2s *2s2py= 2pz 2px*2py= *2pz*2px能能量量第一、二周期同核双第一、二周期同核双原子分子原子分子(除除O2、F2外外)的分子轨道能级的分子轨道能级B图图下页退出上页能能量量A.OM.OA.O1s1s2s2s2p2p2s2p1s2p*2p*2p*2s*1s例例N2N

139、2( 1s)2( *1s)2( 2s)2( *2s)2( 2py)2( 2pz)2( 2px)2N2分子轨道式分子轨道式1s22s22p3N电子分布电子分布NN价键结构式价键结构式分子结构式分子结构式NN下页退出上页分子轨道的应用分子轨道的应用推测分子的存在和阐明分子的结构推测分子的存在和阐明分子的结构H H2 2+ +LiLi2 2分子轨道分子轨道能级能级示意图示意图分子轨道式分子轨道式H H2 2+ +( 1s)1s)1 1 LiLi2 2KK(KK( 2s)2s)2 2 价键结构式价键结构式H H H H+ +Li - LiLi - Li键的名称键的名称单电子单电子键键键( (一般一般)

140、 )是否存在是否存在存在存在( (键级键级=1/2=1/2）存在存在( (键级键级=1=1）1s 1s*1s1s1s 1s*1s1s*2s2s2s 2s下页退出上页BeBe2 2NeNe2 2分子轨道分子轨道能级能级示意图示意图分子轨道式分子轨道式BeBe2 2KK(KK( 1s)1s)2 2( ( * *1s)1s)2 2 NeNe2 2KK(KK( 2s)2s)2 2 ( ( * *2s)2s)2 2( ( 2p2px x) )2 2( ( 2p2py y) )2 2( ( 2p2pz z) )2 2 ( ( * *2p2py y) )2 2( ( * *2p2pz z) )2 2 * *

141、2p2px x 是否存在是否存在不存在不存在( (键级键级=0=0）不存在不存在( (键级键级=0=0）1s 1s*1s1s*2s2s2s 2s2p2s2s2s2p*2p*2p*2s下页退出上页HeHe2 2HeHe2 2+ +分子轨道分子轨道能级能级示意图示意图分子轨道式分子轨道式HeHe2 2( 1s)1s)2 2( ( * *1s)1s)2 2 HeHe2 2+ +( 1s)1s)2 2( ( * *1s)1s)1 1 价键结构式价键结构式He He He He+ +键的名称键的名称三三电子子键是否存在是否存在不存在不存在( (键级键级=0=0）存在存在( (键级键级=1/2=1/2）1

142、s 1s*1s1s1s 1s*1s1s下页退出上页预测分子的磁性预测分子的磁性顺磁性顺磁性有未成对电子的分子，在磁场有未成对电子的分子，在磁场中顺着磁场方向排列的性质。中顺着磁场方向排列的性质。具有此性质的物质具有此性质的物质顺磁性物质顺磁性物质。反磁性反磁性无未成对电子的分子，在磁场无未成对电子的分子，在磁场中无顺磁场方向排列的性质。中无顺磁场方向排列的性质。具有此性质的物质具有此性质的物质反磁性物质反磁性物质。下页退出上页2s2p1s2p*2p*2p*2s*1s1s1s2s2s2p2pA.OM.OA.O能能量量例例O2O2KK( 2s)2( *2s)2( 2px)2( 2py)2( 2pz

143、)2( *2py)1( *2pz)1O2分子轨道式分子轨道式1s22s22p4O电子式电子式O=OO2结构式结构式OO价键结构式价键结构式1个个键、2个三个三电子子 键O2为顺磁性物磁性物质按价键理论：按价键理论：按分子轨道理论：按分子轨道理论：下页退出上页4-7-1金属晶体金属晶体4-7-2金属键理论金属键理论下页退出上页4-7-3金属晶体金属晶体六方紧密堆积六方紧密堆积IIIB，IVB面心立方堆积面心立方堆积IB，Ni，Pd，Pt体心立方堆积体心立方堆积IA，VB，VIB金属的金属的堆积方式堆积方式金属晶体中离子是以紧密堆积的形式存在的金属晶体中离子是以紧密堆积的形式存在的。六方紧堆晶格六

144、方紧堆晶格面心立方紧堆晶格面心立方紧堆晶格下页退出上页硅表面原子排列 碳表面原子排列 下页退出上页C C族团族团下页退出上页金属键的形象说法是，失去电子的金属离子浸在自由电金属键的形象说法是，失去电子的金属离子浸在自由电子的海洋中。子的海洋中。金属离子通过吸引自由电子联系在一起，形成金属晶体金属离子通过吸引自由电子联系在一起，形成金属晶体。这就是金属键。这就是金属键。金属键金属键无方向性无方向性，无固定的键能无固定的键能，金属键的强弱和自由电，金属键的强弱和自由电子的多少有关，也和离子半径、电子层结构等其它许多因素有子的多少有关，也和离子半径、电子层结构等其它许多因素有关，关，很复杂。很复杂。

145、金属键的强弱可以用金属键的强弱可以用金属原子化热金属原子化热等来衡量。等来衡量。金属原子化热金属原子化热是指是指1mol金属变成气态原子所需要的热量。金属原子化热数值金属变成气态原子所需要的热量。金属原子化热数值小时小时，其熔点低其熔点低，质地软质地软；反之则熔点高反之则熔点高，硬度大。硬度大。4-7-2金属键的改性共价键理论金属键的改性共价键理论下页退出上页例如例如NaAl原子化热原子化热108.4kJmol1326.4kJmol1m.p.97.5660b.p.8801800金属可以吸收波长范围极广的光，并重新反射出，故金属晶体金属可以吸收波长范围极广的光，并重新反射出，故金属晶体不透明不透

146、明，且，且有金属光泽有金属光泽。金属受外力发生变形时，金属键不被破坏，故金属有很好的金属受外力发生变形时，金属键不被破坏，故金属有很好的延展性延展性，与离，与离子晶体的情况相反。子晶体的情况相反。在外电压的作用下，在外电压的作用下，自由电子可以定向移动自由电子可以定向移动，故，故有导电性有导电性。受热时通过自由电子的碰撞及其与金属离子之间的碰撞，传递能量。故金受热时通过自由电子的碰撞及其与金属离子之间的碰撞，传递能量。故金属是属是热的良导体热的良导体。下页退出上页自由电子+ 金属离子金属原子位错+ + + + + + +下页退出上页4-8分子间相互作用分子间相互作用4-8-1分子的极性分子的极

147、性4-8-2范德华力范德华力4-8-3氢键氢键下页退出上页4-8-1.分子的极性分子的极性产生：产生：每个分子都由带正电的原子核和带每个分子都由带正电的原子核和带负电的电子组成，由于正负电荷数量相负电的电子组成，由于正负电荷数量相等。所以整个分子是等。所以整个分子是电中性电中性的。的。电荷中心电荷中心正电荷或负电荷的集中点正电荷或负电荷的集中点.如果分子的如果分子的正电中心正电中心和和负电中心负电中心不重合不重合在同一点上在同一点上,那么分子就具有那么分子就具有极性极性。下页退出上页双原子分子双原子分子两个相同原子组成的分子，正、负电荷两个相同原子组成的分子，正、负电荷中心重合，不具有极性，为

148、中心重合，不具有极性，为非极性分子非极性分子。例例H2+_HHHClHCl+_不同原子组成的分子，负电荷中心比不同原子组成的分子，负电荷中心比正电荷中心更偏向电负性大的原子，使正电荷中心更偏向电负性大的原子，使正、负电荷中心不重合，为正、负电荷中心不重合，为极性分子极性分子。即对即对双原子分子：双原子分子：分子的极性取决于键的极性；分子的极性取决于键的极性；有极性键的分子一定是极性分子；有极性键的分子一定是极性分子；反之反之,极性分子一定含有极性键。极性分子一定含有极性键。下页退出上页多原子分子多原子分子分子的极性分子的极性键的极性键的极性例例H2O+_+_HHO极性分子极性分子CO2非极性分

149、子非极性分子+_+_+_OOC分子的几何构型分子的几何构型下页退出上页键的极性键的极性取决于成键原子间共用电子对是否偏离取决于成键原子间共用电子对是否偏离.分子的极性分子的极性取决于分子正、负电荷中心是否重合取决于分子正、负电荷中心是否重合.分子分子BrBr2 2NONOH H2 2S SCSCS2 2BFBF3 3CHClCHCl3 3键的极性键的极性 非极性非极性 极性极性 极性极性极性极性极性极性极性极性几何构型几何构型直线直线直线直线 V V形形直线直线正三角形正三角形 四面体四面体分子极性分子极性 非极性非极性 极性极性 极性极性 非极性非极性非极性非极性极性极性分子类型分子类型离子

150、型离子型极性极性非极性非极性+_+小节小节:下页退出上页用于定量地表示极性分子的极性大小：用于定量地表示极性分子的极性大小：分子的偶极矩分子的偶极矩()：极性分子极性分子 0非极性分子非极性分子=0双原子分子：双原子分子：多原子分子：多原子分子：同核：同核：O3（V字形）字形）式中式中q 为极上所带电量，为极上所带电量，d为偶极长度。为偶极长度。异核：异核：HX4-8-1.分子的极性分子的极性根据根据可以推断某些分子的几何构型可以推断某些分子的几何构型如如CS2=0则为直直线形分子形分子SO2=5.33则为V形分子形分子下页退出上页分子的偶极矩分子的偶极矩(1030Cm)下页退出上页 分子间具

151、有吸引作用的根本原因：任分子间具有吸引作用的根本原因：任何分子都有正、负电中心；任何分子都有何分子都有正、负电中心；任何分子都有变形的性能。变形的性能。4-8-2范德华力相互作用范德华力相互作用下页退出上页非极性分子的瞬时偶极非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用之间的相互作用由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用。一一. .色散作用色散作用( (色散力色散力) )：一大段时间内一大段时间内的大体情况的大体情况色散力与分子极化率有关。色散力与分子极化率有关。大大, ,色散力大。色散力大。每每一瞬间一瞬间下页退出上页二二.诱导作用诱导作用(诱导力诱导力)：决定诱导作用

152、强弱的因素：决定诱导作用强弱的因素： 极性分子的偶极矩极性分子的偶极矩： 愈大，诱导作用愈强。愈大，诱导作用愈强。 非极性分子的极化率非极性分子的极化率： 愈大，诱导作用愈强。愈大，诱导作用愈强。由于诱导偶极而产生的分子间相互作用。由于诱导偶极而产生的分子间相互作用。分子离得较远分子离得较远分子靠近时分子靠近时下页退出上页 两个极性分子相互靠近时，由于同极相斥、异极相吸，分两个极性分子相互靠近时，由于同极相斥、异极相吸，分子发生转动，并按异极相邻状态取向，分子进一步相互靠近。子发生转动，并按异极相邻状态取向，分子进一步相互靠近。三三. .取向作用取向作用( (趋向力趋向力) )： 两个固有偶极

153、间存在的同极相斥、异极相吸的定向作用称两个固有偶极间存在的同极相斥、异极相吸的定向作用称为取向作用。为取向作用。分子离得较远分子离得较远趋向趋向诱导诱导下页退出上页思考练习：思考练习：下页退出上页 分子间力是三种吸引力的总称，其大小一般为几分子间力是三种吸引力的总称，其大小一般为几 kJmolkJmol-1-1，比化学键小比化学键小 1 12 2 个数量级。个数量级。分子间的吸引作用分子间的吸引作用(10(102222 J)J)下页退出上页分子量分子量色散作用色散作用分子间力分子间力沸点熔点沸点熔点水中溶解度水中溶解度HeNeArKrXe小小大大小小大大小小大大低低高高小小大大 决定物质的熔、

154、沸点、气化热、熔化热、蒸气压、决定物质的熔、沸点、气化热、熔化热、蒸气压、溶解度及表面张力等物理性质的重要因素。溶解度及表面张力等物理性质的重要因素。分子间力的意义：分子间力的意义：下页退出上页分子间力对物质性质的影响分子间力对物质性质的影响1010-40-40CmCm2 2VV-1-1熔点熔点沸点沸点溶解度溶解度H H2 2O O乙醇乙醇丙酮丙酮HeHe0.2250.225-272.2-272.2 -268.9-268.9 0.1370.1370.5990.5990.6840.684NeNe0.4360.436-248.67-248.67 -245.9-245.9 0.1740.1740.8

155、570.8571.151.15ArAr1.8131.813-189.2-189.2 -185.7-185.7 0.4140.4146.546.548.098.09KrKr2.7372.737-156.0-156.0 -152.7-152.7 0.8880.888XeXe4.4514.451-111.9-111.9-107-1071.941.94RnRn6.0296.029-71-71-61.8-61.84.144.14211.2211.2254.9254.9(10(10-40 -40 CmCm2 2VV-1-1) )1.651.655.895.897.337.33一般来说一般来说,结构结构相似

156、的同系列物相似的同系列物质，相对分子质质，相对分子质量越大量越大,分子变分子变形性越大形性越大,分子间分子间力越强，熔、沸力越强，熔、沸点越高。点越高。下页退出上页分子间力对物质性质的影响分子间力对物质性质的影响1010-40-40CmCm2 2VV-1-1熔点熔点沸点沸点 溶解度溶解度H H2 2O O乙醇乙醇丙酮丙酮HeHe0.2250.225-272.2-272.2 -268.9-268.9 0.1370.1370.5990.5990.6840.684NeNe0.4360.436-248.67-248.67 -245.9-245.9 0.1740.1740.8570.8571.151.1

157、5ArAr1.8131.813-189.2-189.2 -185.7-185.7 0.4140.4146.546.548.098.09KrKr2.7372.737-156.0-156.0 -152.7-152.7 0.8880.888XeXe4.4514.451-111.9-111.9-107-1071.941.94RnRn6.0296.029-71-71-61.8-61.84.144.14211.2211.2254.9254.9(10(10-40-40CmCm2 2VV-1-1) )1.651.655.895.897.337.33溶质或溶剂分子的变形性越大，溶质或溶剂分子的变形性越大，分子间

158、力越大，溶解度越大。分子间力越大，溶解度越大。下页退出上页6-5-3氢键氢键t/周期数周期数23452345同主族氢化物熔、沸点随相对分子质量的同主族氢化物熔、沸点随相对分子质量的增大而升高，但增大而升高，但NH3、H2O、HF特殊。特殊。H2OH2SH2SeH2TeHFHClHBrHINH3PH3AsH3SbH3CH4SiH4GeH4SnH4CH4SiH4GeH4SnH4SbH31000-100-200NH3PH3AsH3HFHClHBrHIH2OH2SH2SeH2Te熔点熔点沸点沸点下页退出上页4-8-3氢键氢键下页退出上页HFHClHBrHI沸点沸点/0C19.9-85.0-66.7-3

159、5.4极化率极化率小小大大色散作用色散作用弱弱强强沸点沸点低低高高HF为何反常的高？为何反常的高？原因原因存在存在氢键氢键。HF分子中，共用电子对强烈偏向电负性大的分子中，共用电子对强烈偏向电负性大的F原子原子一侧。在几乎裸露的一侧。在几乎裸露的H原子核与另一个原子核与另一个HF分子中分子中F原子原子的某一孤对电子之间产生的吸引作用称为氢键。的某一孤对电子之间产生的吸引作用称为氢键。下页退出上页一、氢键的形成一、氢键的形成分子中有分子中有H和和电负性大、半径小电负性大、半径小且有且有孤对电子孤对电子的元素的元素( (F，O，N) )形成氢键。形成氢键。键长键长特殊：特殊：FHF270pm键能键

160、能小小E(FHF)28kJmol1具有饱和性和方向性具有饱和性和方向性氢键的特点：氢键的特点：一、氢键的形成条件：一、氢键的形成条件：下页退出上页除了除了HF、H2O、NH3有有分子间氢键分子间氢键外，在有机羧酸外，在有机羧酸、醇、醇、酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键的存在。例如：甲酸靠酚、胺、氨基酸和蛋白质中也有氢键的存在。例如：甲酸靠氢键形成二聚体。氢键形成二聚体。HCOOHHOOHC除了分子间氢键外，还有除了分子间氢键外，还有分子内氢键分子内氢键。例如，硝酸的分。例如，硝酸的分子内氢键使其熔、沸点较低。子内氢键使其熔、沸点较低。下页退出上页冰的结构冰的结构下页退出上页氢键：氢键：是一种弱

161、的键。作用能一般是一种弱的键。作用能一般3040kJmol-1，比一般化学键弱比一般化学键弱12个数量级，比范德华力稍强。个数量级，比范德华力稍强。范德华范德华作用力：作用力：是一种很弱的是一种很弱的作用作用。其键作用一般是。其键作用一般是130kJmol-1。比化学键小比化学键小12个数量级。个数量级。范德华力与氢键的作用力比较：范德华力与氢键的作用力比较：相互作用的强弱比较：相互作用的强弱比较：化学键氢键范德华力化学键氢键范德华力化学键：化学键：一种很强的一种很强的作用作用：其键能一般：其键能一般1002000kJmol-1下页退出上页例、已知例、已知族元素所形成的族元素所形成的氢化物的沸

162、点如下所示化物的沸点如下所示氢化物氢化物H H2 2 2 2O OH H2 2S SH H2 2SeSeH H2 2TeTe沸点（沸点（）100100-61-61-41-41-2-2设想一下，如果水分子中没有想一下，如果水分子中没有氢键，水的沸点将在怎，水的沸点将在怎样的温的温度范度范围内？内？想象一下我想象一下我们的地球将会有怎的地球将会有怎样的面貌？的面貌？思考题？思考题？下页退出上页4-94-9晶体结构晶体结构固态物质：固态物质：晶体（多数）、非晶体。晶体（多数）、非晶体。晶体：晶体：是由空间排列得很有规律的微粒（离是由空间排列得很有规律的微粒（离子、原子、分子）组成的。子、原子、分子）

163、组成的。晶体空间规则排列：晶体空间规则排列： 晶格、结点、晶胞晶格、结点、晶胞晶体分类（晶体分类（4 4种）：种）： 离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体 晶胞：晶胞：晶体的最小重复单元，通过晶胞在空间平移晶体的最小重复单元，通过晶胞在空间平移无隙地堆砌而成晶体。无隙地堆砌而成晶体。下页退出上页4-9-1 4-9-1 四类晶体的一般情况四类晶体的一般情况下页退出上页离子晶体：密堆积空隙的填充。离子晶体：密堆积空隙的填充。阴离子：大球，密堆积，形成空隙。阴离子：大球，密堆积，形成空隙。阳离子：小球，填充空隙。阳离子：小球，填充空隙。规则：阴阳离子相互接触稳

164、定；规则：阴阳离子相互接触稳定；配位数大，稳定。配位数大，稳定。4-9-2 4-9-2 离子晶体和离子的极化离子晶体和离子的极化下页退出上页 二、二、 离子极化作用对离子晶体的影响离子极化作用对离子晶体的影响一一. . 离子极化的产生离子极化的产生 由由于于正正、负负离离子子核核外外都都是是电电子子云云，正正负负离离子子所所产产生生的的电电场场将将要要相相互互吸吸引引或或排排斥斥异异性性离离子子的的电电子子云云使使其其变变形形。这这种种在在外外电电场场作作用下电子云发生变形的现象称为用下电子云发生变形的现象称为离子的极化离子的极化 。二二.离子极化的影响因素离子极化的影响因素1.极化率极化率2

165、.变形性变形性下页退出上页 （a a）极化力）极化力 离离子子相相互互极极化化时时，一一种种离离子子使使邻邻近近的的异异电电荷荷离离子子极极化化( (变变形形) )的能力叫的能力叫离子的极化力离子的极化力。以阳离子为主以阳离子为主。 （b b）变形性）变形性 离离子子相相互互极极化化时时，一一种种离离子子在在邻邻近近的的异异电电荷荷离离子子的的作作用用下下发发生生变变形形的的能能力力叫叫离离子子的的变变形形性性，可可以以用用极极化化率率定定量量地地量量度度。以以阴阴离子为主离子为主。 下页退出上页 （C C）离子的离子的极化力极化力和离子的和离子的变形性变形性都受到都受到三个因素的影响：三个因

166、素的影响： 离子半径离子半径离子电荷离子电荷离子构型离子构型下页退出上页 实例：实例：变形性：变形性：SiAlMgNa；ClBr；iNaRbs下页退出上页 离子类型离子类型阳离子阳离子阴离子阴离子离子半径离子半径r r+ + 极化力极化力r r- - 变形性变形性离子电荷离子电荷z z+ + 极化力极化力z z- - 变形性变形性离子构型离子构型8 8电电子子构构型型极极化化力力最最小小，其其它构型极化力强。它构型极化力强。8 8电电子子构构型型变变形形性性最最小小，其其它它构构型型变形性较大。变形性较大。离子势离子势（ z z）极化力极化力 下页退出上页 三三. . 离子极化的后果离子极化的

167、后果 使正、负离子间的电子云发生了部分重使正、负离子间的电子云发生了部分重叠，从而导致离子键中带有部分共价键成分；当叠，从而导致离子键中带有部分共价键成分；当极化作用足够强时，则正离子完全进入到负离子极化作用足够强时，则正离子完全进入到负离子的电子云中而形成共价键。的电子云中而形成共价键。 下页退出上页离子晶体离子晶体AgFAgFAgClAgClAgBrAgBrAgIAgI（实验）（实验） r r0 0/pm/pm246277288299（理论）（理论） r r+ + + r + r- -246294309333实验与理论实验与理论差差值值0-17-21-34 键键 型型离子键离子键过渡键型过

168、渡键型过渡键型过渡键型共价键共价键晶体构型晶体构型NaClNaCl型型NaClNaCl型型NaClNaCl型型立方立方ZnSZnS型型示示 意意 图图下页退出上页由于键型的过渡，键的极性减弱。由于键型的过渡，键的极性减弱。键型的过渡使离子的电子云相互重叠，缩短了离子间的距离。键型的过渡使离子的电子云相互重叠，缩短了离子间的距离。键型的过渡在性质上的表现，最明显的是物质在水中溶解度的降键型的过渡在性质上的表现，最明显的是物质在水中溶解度的降低。低。键型的过渡既缩短了离子间的距离，往往也减小了晶体的配位数。键型的过渡既缩短了离子间的距离，往往也减小了晶体的配位数。 如：如：CdSCdS的离子半径比

169、约为的离子半径比约为0.530.53，按半径比规则应属于配位数，按半径比规则应属于配位数为为6 6的的NaClNaCl型晶体，实际上型晶体，实际上CdSCdS晶体却属于配位数为晶体却属于配位数为4 4的的ZnSZnS型。其型。其原因就在于原因就在于CdCd2+2+和和S S2-2-之间显著的相互极化作用。之间显著的相互极化作用。下页退出上页 1. 1. 原子晶体：原子晶体： 原原子子间间通通过过共共价价键键形形成成的的晶晶体体。晶晶格格结结点点上上占占据据的的是是原原子。如：子。如：C C、SiSi、GeGe。、SiOSiO2 2（半半径径小小、性性质质化化合合物物：SiCSiC、B B4 4

170、C C相似）相似）4-9-3原子晶体原子晶体下页退出上页特点特点: : 原子间通过共价键结合原子间通过共价键结合 不存小分子，没有相对分子质量。不存小分子，没有相对分子质量。 键强度大，化学性质稳定键强度大，化学性质稳定 大分子、熔、沸点高、硬度大、大分子、熔、沸点高、硬度大、 热胀系数小、不导电。热胀系数小、不导电。 如：金刚石。硬度如：金刚石。硬度1010，熔点，熔点3849K3849K下页退出上页 凡靠分子间力凡靠分子间力( (有时还有时还可能有氢键可能有氢键) )结合而成的晶结合而成的晶体统称为分子晶体。分子体统称为分子晶体。分子晶体中晶格结点上排列的晶体中晶格结点上排列的是分子是分子

171、( (也包括如稀有气体也包括如稀有气体那样的单原子分子那样的单原子分子) )。干冰。干冰( ( 固体固体COCO2 2) ) 就是一种典型就是一种典型的分子晶体。如图所示：的分子晶体。如图所示：4-9-4分子晶体分子晶体下页退出上页 在在COCO2 2分分子子内内原原子子之之间间以以共共价价键键结结合合成成COCO2 2分分子子，然然后后以以整整个个分分子子为为单单位位，占占据据晶晶格格结结点点的的位位置置。不不同同的的分分子子晶晶体体，分分子子的的排排列列方方式式可可能能有有所所不不同同，但但分分子子之之间间都都是是以以分分子子间间力力相相结结合合的的。由由于于分分子子间间力力比比离离子子键

172、键、共共价价键键要要弱弱得得多多，所所以以分分子子晶晶体体物物质质一一般般 熔熔点点低低、硬度小、易挥发。硬度小、易挥发。下页退出上页下页退出上页 通过金属离子与自由电子之间的较通过金属离子与自由电子之间的较强作用形成的单质晶体强作用形成的单质晶体 。4-9-5金属晶体金属晶体下页退出上页三种典型立方晶体结构三种典型立方晶体结构简单立方简单立方体心立方体心立方面心立方面心立方下页退出上页v金属原子结合方式金属原子结合方式1.1.金金属属键键：依依靠靠正正离离子子与与构构成成电电子子气气的的自自由由电电子子之之间间的的静静电电引引力力而而使使诸诸原原子子结结合合到一起的方式。到一起的方式。2.2

173、. 特特点点：电电子子逸逸出出共共有有，结结合合力力较较大大，无无方向性和饱和性；方向性和饱和性；3.3.金金属属特特性性：导导电电性性、导导热热性性、延延展展性性好好，熔点较高。如金属。熔点较高。如金属。下页退出上页思考题思考题 ：1 1、“由于离子键没有方向性和饱和性，所以离子在晶由于离子键没有方向性和饱和性，所以离子在晶体中趋向于紧密堆积方式体中趋向于紧密堆积方式”此话对否？此话对否？NaClNaCl型晶体型晶体离子配位数为离子配位数为6 6，立方，立方ZnSZnS型晶体离子配位数仅为型晶体离子配位数仅为4 4，这与上述的紧密堆积是否矛盾？这与上述的紧密堆积是否矛盾？2 2、金属原子的堆积方式与离子晶体有无相似之处，比、金属原子的堆积方式与离子晶体有无相似之处，比较金属原子的三种基本堆积方式以及两种离子晶体较金属原子的三种基本堆积方式以及两种离子晶体（CsClCsCl型、型、NaClNaCl型）的特征，它们的原子配位数分型）的特征，它们的原子配位数分别为多少？别为多少？下页退出上页课堂堂练习：1 1、按离子极化作用由大到小的顺序排列下列物质：、按离子极化作用由大到小的顺序排列下列物质：（1）MgCl2（2)NaCl（3）AlCl3（4）SiCl42、指出下列离子中，何者极化率最大。、指出下列离子中，何者极化率最大。（1）Na+（2)I-（3）Rb+（4）Cl-