第1章物质结构基础

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1、第一章第一章物质结构基础物质结构基础6学时学时 在研究氢原子结构时，由氢原子的光谱实验得到氢在研究氢原子结构时，由氢原子的光谱实验得到氢原子在红外到紫外这一区间呈现出不连续的线状光谱如原子在红外到紫外这一区间呈现出不连续的线状光谱如下图。下图。氢原子线状光谱氢原子线状光谱 氢原子光谱氢原子光谱 E=E2-E1=h h普朗克常数（普朗克常数（6.62610-34JS） 光子的频率光子的频率基基态态激发态激发态定态定态能量最低能量最低最稳定最稳定能量较高能量较高不太稳定不太稳定E=-2.1810-18/n2n主量子数主量子数12341、电电子子在在核核外外沿沿一一定定的的轨轨道道运运动动。电电子子

2、在在此此轨轨道道运运动动时时，既既不不吸吸收收也也不放出能量，处于一种稳定状态。不放出能量，处于一种稳定状态。2、原原子子中中的的电电子子通通常常处处于于基基态态，只只有有从从外外界界获获得得能能量量时时电电子子才才处处于于激激发态。发态。3、电子尽可能处于能量最低的轨道，只有当电子在不同轨道上发生跃、电子尽可能处于能量最低的轨道，只有当电子在不同轨道上发生跃迁时才吸收或辐射能量。当电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨迁时才吸收或辐射能量。当电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，原子放出能量，并以光子的形式放出。其频率道时，原子放出能量，并以光子的形式放出。其频率 决定于电子跃迁决定于

3、电子跃迁前后的两轨道之间的能量差。前后的两轨道之间的能量差。1913年，丹麦物理学家年，丹麦物理学家玻尔玻尔Bohr根据氢原子光谱不连续的特点以根据氢原子光谱不连续的特点以及普朗克的量子理论，及普朗克的量子理论，提出氢原子结构模型提出氢原子结构模型:注意：注意：对玻尔理论的评价:（1）优点优点冲冲破破了了经经典典物物理理中中能能量量连连续续变变化化的的束束缚缚，用用量量子子化化解解释释了了经经典典物物理理无无法法解解释释的的氢氢原原子子结结构构和和氢氢光光谱谱之之间间的的关关系系，提提出出了了原原子子轨轨道道能能级级的概念，引用了普朗克量子化的概念的概念，引用了普朗克量子化的概念。（2）不足不

4、足未能完全冲破经典物理的束缚，在经典力学连续概念的基础上勉未能完全冲破经典物理的束缚，在经典力学连续概念的基础上勉强加进了一些人为的量子化条件和假定。强加进了一些人为的量子化条件和假定。由于没有考虑电子运动的另外一个重要特性由于没有考虑电子运动的另外一个重要特性波粒二象性波粒二象性，使使电子在原子核外运动采取了宏观物体的电子在原子核外运动采取了宏观物体的固定轨道固定轨道固定轨道固定轨道，不仅不能解释多电不仅不能解释多电子原子、分子或固体的光谱；也不能解释氢光谱的每条谱线实际上还子原子、分子或固体的光谱；也不能解释氢光谱的每条谱线实际上还可分裂为两条谱线的现象。可分裂为两条谱线的现象。由于玻尔理

5、论的这些缺陷，必须确立更符合微观粒子运动规律的由于玻尔理论的这些缺陷，必须确立更符合微观粒子运动规律的新的理论系统。新的理论系统。微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性波函数与原子轨道波函数与原子轨道波函数与原子轨道波函数与原子轨道量子数量子数量子数量子数几率密度和电子云几率密度和电子云几率密度和电子云几率密度和电子云波函数和电子云的图形波函数和电子云的图形 1.1.11.1.1微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性1924年年，法国物理学家，法国物理学家德布罗意德布罗意(louisdebroglie)受光受光

6、的波粒二象性的启发，提出的波粒二象性的启发，提出微观粒子微观粒子也具有也具有波粒二象性波粒二象性。德布罗意关系式：德布罗意关系式： =hmv粒子性粒子性:波动性波动性:实物粒子实物粒子1927年年,戴维逊（美）电子衍射实验戴维逊（美）电子衍射实验戴维逊（美）电子衍射实验戴维逊（美）电子衍射实验图图1-2电子束的衍射示意图和电子衍射图谱电子束的衍射示意图和电子衍射图谱该实验显示出电子的波动性该实验显示出电子的波动性波粒二象性是微观粒子运动的基本属性波粒二象性是微观粒子运动的基本属性1 1、从衍射图像上可以得出，衍射强度大的区域表示电、从衍射图像上可以得出，衍射强度大的区域表示电子出现的次数多，即

7、电子出现的概率大；衍射强度小的子出现的次数多，即电子出现的概率大；衍射强度小的区域表示电子出现次数少，即电子出现的概率小。区域表示电子出现次数少，即电子出现的概率小。2 2、电子等微观粒子的物质波是具有、电子等微观粒子的物质波是具有统计性的概率波统计性的概率波。如何描述微观体系的如何描述微观体系的运动规律呢？运动规律呢？1.1.21.1.2波函数与原子轨道波函数与原子轨道波函数与原子轨道波函数与原子轨道 具具有有波波粒粒二二象象性性的的电电子子，已已不不再再遵遵守守经经典典力力学学规规律律，它它们们的的运运动动没没有有确确定定的的轨轨道道，只只有有一一定定的的空空间间几几率率分分布布，即即电电

8、子的波动性与其微粒行为的统计性规律相联系。子的波动性与其微粒行为的统计性规律相联系。19261926年，奥地利物理学家年，奥地利物理学家年，奥地利物理学家年，奥地利物理学家薛定谔薛定谔薛定谔薛定谔(E.schroding)(E.schroding)提出了微提出了微提出了微提出了微观粒子运动规律的波动方程：观粒子运动规律的波动方程：观粒子运动规律的波动方程：观粒子运动规律的波动方程：E：体系总能量；V：体系势能；m：电子质量； ：空：空间间坐坐标标x, y, z x, y, z 的波函数的波函数物理意义：物理意义：波函数不是一个具体的数值，而是用空间坐标波函数不是一个具体的数值，而是用空间坐标（

9、如（如,）来描述波的数学函数式，以表征原子中电子）来描述波的数学函数式，以表征原子中电子运动状态的数学函数式。运动状态的数学函数式。的空间图象叫的空间图象叫原子轨道原子轨道。 波函数波函数（原子轨道）对薛定谔方程求解，可以得到一系列对薛定谔方程求解，可以得到一系列波函数波函数s、s、p.i相应的能量值相应的能量值Es、Es、Ep.Ei方程的每一个解代表电子的一种可能运动状态方程的每一个解代表电子的一种可能运动状态在量子力学中，用波函数和与其对应的能量来在量子力学中，用波函数和与其对应的能量来描述电子的运动状态描述电子的运动状态什么叫量子？什么叫什么叫量子？什么叫量子数量子数 求解薛定谔方程不仅

10、可得到氢原子中代表电子运动状态的波函数，而且可以自然地导出主量子数n、角量子数l和磁量子数m。1.1.31.1.3量子数量子数量子数量子数主量子数主量子数主量子数主量子数 角量子数角量子数角量子数角量子数磁磁磁磁量子数量子数量子数量子数n 1，2，3，l 0，1，2，（，（n-1）m 0，1，2，3，l量子：量子：微观体系中，某些物理量不能连续变化，而只能以某一最小单位的整数倍发生变化，这一物理量的最小单位称为量子。氢原子轨道与三个量子数的关系 P4表1-1（非常重要）（非常重要）主量子数（n）角量子数（l）磁量子数（m）轨道符号轨道数轨道总数1001s112002s1410,+1,-1,2p

11、33003s1910,+1,-1,3p320,+1, +2,-1, -23d54004s11610,+1,-1,4p320,+1, +2,-1, -24d530,+1, +2,+3,-1,-2,-34f7得到两个信息：1、n 制约着l ， l 制约着 m；2、对于任意一个n值，三个量子数的组合(n, l , m) n2 个，也就是原子轨道数为n2 个n12345电子层第一层第二层第三层第四层第五层电子层符号KLMNOn值越小，该电子层离核越近，能级越低值越小，该电子层离核越近，能级越低量子数的物理意义主量子数主量子数(n)：反映电子离原子核的平均距离；即表示反映电子离原子核的平均距离；即表示原

12、子轨道原子轨道或电子云离核距离和能级高低。或电子云离核距离和能级高低。角量子数角量子数(l)：表示表示波函数即原子轨道波函数即原子轨道的形状的形状s 轨道轨道球形球形p轨道轨道哑铃形哑铃形d轨轨道道花花瓣瓣形形 通常把 l 值相同的原子轨道归属同一电子亚层。各电子亚层的光谱符号为：角量子数： 0，1，2，3，4，( n-1)，电子亚层： s，p，d，f，g 例：例：n=4l =0,1,2,3s,p,d,f此外：此外：对于多电子原子，l 还影响原子轨道的能级。同一电子层中的l 值越小，该电子亚层的能级越低。 p 轨道轨道( (l = 1, = 1, m = +1, 0, -1) = +1, 0,

13、 -1) m 有有三种取值三种取值, , 即即三种取向三种取向, , 三条等价三条等价( (简并简并) ) p轨道轨道表示原子轨道或电子云在空间的伸展方向，表示原子轨道或电子云在空间的伸展方向，共共(2l+1)个。个。磁量子数磁量子数(m)例例1：l =1(p轨道轨道),m =-1,0,+1，这三个数表示这三个数表示p 轨道在空间有轨道在空间有三种不同的取向，分别用三种不同的取向，分别用px，py，pz表示表示注意一个概念注意一个概念等价轨道：在无外加磁场时，等价轨道：在无外加磁场时，n n 和和 l l 相同的原子轨道相同的原子轨道能量相等，称为等价轨道能量相等，称为等价轨道d d 轨道轨道

14、( (l l = 2, = 2, m m = +2, +1, 0, -1, -2) = +2, +1, 0, -1, -2) : : m m 有五有五种取值种取值, , 即即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. .例例2：l =2(d轨道轨道),m =-2,-1,0,+1,+2，这五个数表示这五个数表示p 轨道在轨道在空间有五种不同的取向，如图所示：空间有五种不同的取向，如图所示： ( (n n，l l，mm) )表示一个原子轨道表示一个原子轨道表示一个原子轨道表示一个原子轨道自旋量子数自旋量子数(ms)： 表征电子的自旋状态，取值：表征电子

15、的自旋状态，取值：通常用：通常用：“”或或“”表示。表示。 (n, l,m,ms)可全面描述核外电子的运动状态可全面描述核外电子的运动状态 电子处于哪一电子层？电子处于哪一电子层？ n 哪一电子亚层？哪一电子亚层？ l 轨道的形状？轨道的形状？ l 空间取向如何？空间取向如何？ m 电子的自旋状态怎样？电子的自旋状态怎样？ ms可以描述：可以描述： 1.1.4概概率密度和电子云率密度和电子云 电子运动有规律，但无法确定其运动轨迹，而是按一定的几率在空间出现。概率概率电子在某一区域出现的次数。电子在某一区域出现的次数。核外空间某些区域电子出现的机会多，概率大核外空间某些区域电子出现的机会多，概率

16、大核外空间某些区域电子出现的机会少，概率小核外空间某些区域电子出现的机会少，概率小概率密度概率密度电子在原子核外某处电子在原子核外某处单位体积内单位体积内出现的出现的概概率。率。电子云：电子云：|2 2的空间图象。的空间图象。通常用通常用小黑点小黑点的疏密来表示。的疏密来表示。小黑点较密的地方，概率密小黑点较密的地方，概率密度较大，单位体积内电子出度较大，单位体积内电子出现的机会多。现的机会多。如如1s的电子云的电子云结论：结论：结论：结论： 概率密度概率密度概率密度概率密度=|=| |2 2 电子云图示是概率密度电子云图示是概率密度电子云图示是概率密度电子云图示是概率密度| |2 2的形象化

17、说明的形象化说明的形象化说明的形象化说明 的空间图象是原子轨道，的空间图象是原子轨道，|2 2的空间图象是电子云的空间图象是电子云1.1.5波函数和电子云的图形波函数和电子云的图形直角坐标直角坐标(x, y, z)与球坐标与球坐标(r,)的转换的转换 r :径向坐标径向坐标,决定了球面的大小决定了球面的大小:角角坐标坐标,由由z轴沿球面延伸至轴沿球面延伸至r 的弧线的弧线所表示的角度所表示的角度.:角角坐标坐标,由由r沿球面平行沿球面平行xy面延伸至面延伸至xz面面的弧线所表示的角度的弧线所表示的角度.径向波函数径向波函数角度波函数角度波函数电子云的分布（电子云图形）是由波函数的具体形式决定的

18、电子云的分布（电子云图形）是由波函数的具体形式决定的波函数的径波函数的径向分布向分布波函数的波函数的角度分布角度分布波函数波函数电子云：电子云：|2 2的空间图象的空间图象电子云的径向部分电子云的径向部分R2(r)电子云的径向部分电子云的径向部分Y2() 的空间图象是原子轨道，的空间图象是原子轨道，|2 2的空间图象是电子云的空间图象是电子云( (以以氢原子的氢原子的1 1s, , 2 2s, 3, 3s 轨道轨道为为例例) )R(r)波函数和电子云的图像可分解为两部分波函数和电子云的图像可分解为两部分:球壳内电子出现的总概率随球壳半径的变化情况。球壳内电子出现的总概率随球壳半径的变化情况。径

19、向分布图径向分布图角度分布图角度分布图波函数的径向波函数的径向分分布图布图波函数的波函数的角度分布图角度分布图s、p、d 轨道角度分布图（剖面图）轨道角度分布图（剖面图）1、原子轨道的角度分布图体现原子、原子轨道的角度分布图体现原子轨道的大致外形，反映了角度波函轨道的大致外形，反映了角度波函数的数的极大值和正负号分布。极大值和正负号分布。2、图中、图中“+”、“”不代表电性的不代表电性的正负，而表示正负，而表示原子轨道的对称性。原子轨道的对称性。3、波函数的角度分布图仅仅反映了、波函数的角度分布图仅仅反映了Y()随随角变化的函数关系，角变化的函数关系，并不代表电子运动的轨迹。并不代表电子运动的

20、轨迹。电子云角度分布立体示意图电子云角度分布立体示意图氢原子氢原子1s、2p、3d电子云示意图电子云示意图电子云的角度分布图：电子云的角度分布图：Y2()随随角的变化关系图角的变化关系图d轨道电子云电子云均为正均为正波函数波函数有有略略“胖胖”略略“瘦瘦”波函数与电子云的角度分布图区别波函数与电子云的角度分布图区别:正负正负形状形状（1）波函数或电子云的角度分布图）波函数或电子云的角度分布图不表示不表示波函数或电子波函数或电子云的图像。云的图像。（2）波函数和电子云的角度分布图只与）波函数和电子云的角度分布图只与l ,m两个量子两个量子有关，而有关，而与主量子数与主量子数n无关无关。即：即：n

21、不同（不同（R(r)不同）不同）l ,m相同相同,Y( ,)相同相同注意：注意：s电子云除外电子云除外因为因为Y1，Y2值更小值更小原子轨道的能级原子轨道的能级原子轨道的能级原子轨道的能级原子核外电子的分布原子核外电子的分布原子核外电子的分布原子核外电子的分布核外电子分布和元素周期系核外电子分布和元素周期系核外电子分布和元素周期系核外电子分布和元素周期系屏蔽效应和钻穿效应屏蔽效应和钻穿效应1.2.1屏蔽效应和钻穿效应屏蔽效应和钻穿效应 在多电子原子中，其他电子对指定电子的排斥作用看作部分抵消（或削弱）核电荷对该电子的吸引，这种由于其他电子对某一电子的排斥而抵消了一部分核电荷的作用称为屏蔽效应屏

22、蔽效应。 （1）屏蔽效应（屏蔽效应（Shielding effect）有效核电荷有效核电荷屏蔽常数屏蔽常数1、多电子原子中，原子轨道的能量不仅与主量子数、多电子原子中，原子轨道的能量不仅与主量子数n有关，有关，跟量子数跟量子数l 有关；有关；2、n 相同，相同，l不同的原子轨道，随着不同的原子轨道，随着l的增大的增大,增大。增大。（2）钻穿效应（钻穿效应（Penetration effect）电子穿过内层而回避其他电子屏蔽的能力不同，导致具有能电子穿过内层而回避其他电子屏蔽的能力不同，导致具有能量不同的现象；即：外部电子进入原子内部空间，受到核的量不同的现象；即：外部电子进入原子内部空间，受到

23、核的较强的吸引作用。较强的吸引作用。轨道的钻穿能力通常有如下顺序轨道的钻穿能力通常有如下顺序:nsnpnd。这意味着。这意味着,亚层轨亚层轨道的电子云按同一顺序越来越远离原子核，导致能级按道的电子云按同一顺序越来越远离原子核，导致能级按E(ns)E(np)E(nd)E(nf)顺序分裂顺序分裂，称为能级分裂称为能级分裂。如果能级分裂的程度很大如果能级分裂的程度很大,就可能导致与临近电子层中的亚层能就可能导致与临近电子层中的亚层能级发生交错。例如级发生交错。例如,4s电子云径向分布图上除主峰外还有电子云径向分布图上除主峰外还有3个离核个离核更近的小峰更近的小峰,其钻穿程度如此之大其钻穿程度如此之大

24、,以致其能级处于以致其能级处于3d亚层能级亚层能级之下之下,发生了发生了交错，交错，称为能级交错称为能级交错。（2）穿钻效应穿钻效应1.2.2原子轨道的能级原子轨道的能级1s2s3s4s5s6s2p3p4p5p6p3d4d5d4f鲍林近似能级图鲍林近似能级图Pauling,L.C.(1901-1994) 7s 7p 7d 7f 7s 7p 7d 7f 6s 6p 6d 6f 6s 6p 6d 6f 5s 5p 5d 5f 5s 5p 5d 5f 4s 4p 4d 4f 4s 4p 4d 4f 3s 3p 3d 3s 3p 3d 2s 2p 2s 2p 1s 1s 电子填入能级的顺序电子填入能级

25、的顺序 （1）当 l 相同时，轨道能级随 n 增加而升高。如： E1s E2s E3s E4s， E2p E3p E4p （2）当 n 相同时，轨道能级随 l 增加而升高。如： Ens Enp End Enf。 （3）当 n 和 l 都不相同时，会出现能级交错现象。如： E4s 1.7）例如：例如：NaCl1.3.21.3.2共共共共 价价价价 键键键键1.路易斯共价键理论路易斯共价键理论2.价键理论价键理论3.杂杂化化轨轨道理道理论论4.分子轨道理论分子轨道理论5.晶体场理论晶体场理论1.路易斯共价键理论路易斯共价键理论 Lewis G.N. 在在19161916年假定化学键所涉及的每一对电

26、子处于两个相年假定化学键所涉及的每一对电子处于两个相邻原子之间为其共享，用邻原子之间为其共享，用A AB B表示。双键和叁键相应于两对或三对共表示。双键和叁键相应于两对或三对共享电子。享电子。也就是说，路易斯认为分子中的原子达到稳定的结构，是通也就是说，路易斯认为分子中的原子达到稳定的结构，是通过过共用电子对共用电子对实现的。实现的。 但但 Lewis 没有说明这种键的实质。在解释没有说明这种键的实质。在解释BCl3、PCl5 等分子等分子结构时，遇到困难，因为其中的原子未全部达到稀有气体结构。结构时，遇到困难，因为其中的原子未全部达到稀有气体结构。不足之处：不足之处：价键理论的基本要点：（1

27、）电子配对如如H-HCl-ClH-Cl共价多键共价多键: 如如O=ONN注意：共价键数受未成对电子的限制。注意：共价键数受未成对电子的限制。 共价单键共价单键:（2）对称性匹配（3）最大重叠原子轨道重叠时，只有同号才为有效重叠。原子轨道重叠时，只有同号才为有效重叠。 成键电子的原子轨道重叠越多，形成的共价成键电子的原子轨道重叠越多，形成的共价键越牢固键越牢固最大重叠原理最大重叠原理2.价键理论价键理论1927年年Heitler和和London初步阐明共价键的本质。初步阐明共价键的本质。+_不能成键不能成键能成键能成键P19图图1-12 键键“头碰头头碰头”“肩并肩肩并肩”饱和性饱和性方向性方向

28、性 键型：键型：键键 特点：特点：SSSPPPPP如如CH4按价键理论按价键理论C激发激发2s2s2p2p应形成四个应形成四个CH键不完全键不完全相同。与实际不符相同。与实际不符实际测定实际测定正四面体形正四面体形价键理论能较好地说明一些价键理论能较好地说明一些双原子分子双原子分子价键的形成，价键的形成，不能很好地说明不能很好地说明多原子分子多原子分子的价键形成和几何构型的价键形成和几何构型。不足之处：不足之处： 杂化轨道理论认为：在成键过程中，能量相近的原子轨道可以重新组合（重新分配能量，重新确定空间取向），形成成键能力更强的新轨道，这个过程叫杂化。所形成的新轨道叫杂化轨道。 杂化轨道数等于

29、原子轨道数。 杂化的实质是原子轨道的重叠。3.3.杂化轨道理论杂化轨道理论杂化轨道理论杂化轨道理论a.杂化、杂化轨道杂化、杂化轨道“混合混合”, “重新组合重新组合”分配能量分配能量确定空间取向确定空间取向新轨道新轨道b.杂化本质杂化本质原子轨道叠加原子轨道叠加c.杂化条件杂化条件l参与杂化的原子轨道能量相近；参与杂化的原子轨道能量相近；l形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道形成的杂化轨道数与参与杂化的原子轨道数数相同。相同。4Be 2s2激发激发sp杂化杂化BeCl22psp2s2p2p2s每个每个每个每个spsp杂化轨道形状杂化轨道形状杂化轨道形状杂化轨道形状: :一头大一头大,一头小一头

30、小成分成分:1/2s+1/2p 杂化轨道类型杂化轨道类型 spsp杂化杂化杂化杂化 spsp杂化、杂化、 sp sp2 2杂化、杂化、 sp sp3 3杂化、杂化、 不等性不等性spsp3 3杂化、杂化、BeCl2分子分子:键键键角键角:180空间构型空间构型: 直线型直线型BeCl2、HgCl2等等Be-Cl键型键型:sp杂化杂化:BeClClspsp2 2杂化杂化杂化杂化BF35B2s22p1激发激发sp2杂化杂化2s2p每个每个每个每个spsp2 2杂化轨道形状杂化轨道形状杂化轨道形状杂化轨道形状: : 一头大一头大,一头小一头小成分成分:1/3s+2/3p2psp22p2sBF3分子分

31、子键键键角键角: 120空间构型空间构型:平面三角形平面三角形BF3、BCl3等等B-F键型键型:sp杂化杂化:120BFFFspsp3 3杂化杂化杂化杂化CH46C2s22p2激发激发sp3杂化杂化每一个每一个每一个每一个spsp3 3杂化轨道形状杂化轨道形状杂化轨道形状杂化轨道形状: : 一头大，一头小一头大，一头小 成分成分成分成分: 1/4s+3/4p2p2s2s2psp3CH4分子分子键键键角键角: 10928空间构型空间构型: 正四面体正四面体CH4、CHCl3（四面体）（四面体）C-H键型键型:sp3杂化：杂化：+_10928不等性不等性sp3杂化杂化如如NH37N2s22p33

32、/4p1/4s,3/4p如如H2O2s22p48O小小结结杂化轨道杂化轨道类型类型参加杂化参加杂化轨道轨道杂化轨道杂化轨道数目数目成键轨道成键轨道键角键角分子空间分子空间构型构型实例实例中心原子中心原子BeHgspsp2sp3不等性不等性sp31s、1p1s、2p1s、3p1s、3p234418012010928直线型直线型平面平面三角形三角形(正正)四面体四面体三角三角锥型锥型V型型BeCl2HgCl2BF3BCl3CH4CHCl3NH3H2OH2SPH3BCNPOSABAAAA90 109284.分子轨道理论分子轨道理论氢分子离子氢分子离子H2+，只有一个电子，按照价键，只有一个电子，按照

33、价键理论无法成键，但事实上它稳定存在的。理论无法成键，但事实上它稳定存在的。根据价键理论，根据价键理论，O2分子中的电子都是成对的，应分子中的电子都是成对的，应有一个有一个键和一个键和一个键，其结构式应为：键，其结构式应为：但是，对但是，对O2分子的磁性研究表明，分子的磁性研究表明，O2分子有两分子有两个自旋方向相同的成单电子，这是价键理论无法解释个自旋方向相同的成单电子，这是价键理论无法解释的。的。 分子轨道理论认为：原子形成分子后，电子从属于整个分子的分子轨道。在分子轨道中，电子的分布也和原子中电子的分布一样，服从泡利不相容原理、能量最低原理和洪特规则。分子轨道由各原子轨道组合而成。以双原

34、子分子为例，两个原子轨道（a和b）可以组合成两个分子轨道（1和2）：原子轨道原子轨道分子轨道分子轨道原子轨道原子轨道H2分子轨道示意图分子轨道示意图1s能量1s*1s1s1C1（ab）成键分子轨道成键分子轨道2C2（ab）反键分子轨道反键分子轨道5.晶体场理论晶体场理论 晶体场理论认为： 中心离子与配位体之间存在着静电相互吸引作用。配合物中的化学键就来自于金属离子的原子核与配位体的电子之间的静电吸引作用。 在配位体静电场作用下，中心离子的d轨道发生能级分裂，形成新的能级分布，有些d轨道能量升高，有些则降低。 d轨道产生能级分裂后，中心离子的d电子会重新分布，导致体系的能量变化。分子间力分子间力

35、分子间力分子间力氢键氢键氢键氢键偶极矩偶极矩 1.4.11.4.1偶极矩偶极矩 根据正负两种电荷在分子内部的分布情况可把分子根据正负两种电荷在分子内部的分布情况可把分子分为分为极性分子极性分子与与非极性分子非极性分子。 + +极性分子极性分子非极性分子非极性分子 分子分子分子分子整体整体电中性电中性局部局部正电荷部分正电荷部分( (原子核原子核) )负电荷部分负电荷部分( (电子电子) ) = 0 = 0 0 0偶极矩偶极矩偶极矩偶极矩+q-ql单位单位:Cm方向方向:正电荷中心正电荷中心负电荷中心负电荷中心 = q = q d d键的极性键的极性键的极性键的极性极性键极性键共用电子对有偏向（

36、电共用电子对有偏向（电荷分布不均匀）荷分布不均匀）非极性键非极性键共用电子对无偏向共用电子对无偏向（电荷分布均匀）（电荷分布均匀）极性键与非极性键极性键与非极性键N N2 2( (N NN N) )如如:H:H2 2( (H-HH-H) ) ClCl2 2( (Cl-ClCl-Cl) )如如:HCl(:HCl(H-ClH-Cl) H) H2 2O(O(H-O-HH-O-H) )键的极性键的极性键的极性键的极性判断方法判断方法同种同种非金属元素原子间形成的共价键是非金属元素原子间形成的共价键是非极性键非极性键不同种非金属元素原子间形成的共价键是不同种非金属元素原子间形成的共价键是极性键极性键指出

37、下列物质中的共价键类型指出下列物质中的共价键类型1 1、O O2 22 2 、CHCH4 43 3 、COCO2 24 4 、H H2 2O O2 25 5 、NaOHNaOH非极性键非极性键极性键极性键极性键极性键极性键极性键 非极性键非极性键极性键极性键极性键极性键分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性非极性分非极性分子子电荷分布均匀对称的分子电荷分布均匀对称的分子极性分极性分子子极性分子与非极性分子极性分子与非极性分子电荷分布不均匀不对称的分子电荷分布不均匀不对称的分子分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性HClHCl分子中，共用电子对偏向分子中，共用电子对偏向ClCl原子，原子，C

38、lCl原子原子一端显负电性，一端显负电性，H H原子一端显正电性，整个分子原子一端显正电性，整个分子的电荷分布不均匀，的电荷分布不均匀，为极性分子为极性分子以极性键结合的双原子以极性键结合的双原子分子为极性分子分子为极性分子分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性思思考考含有极性键的分子一定含有极性键的分子一定是极性分子吗？是极性分子吗？分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性分子的极性 分子极性与键的极性：分子极性与键的极性：分子极性与键的极性：分子极性与键的极性：HClHCl极极

39、性性 键键极极 性性 分分 子子2.1 3.03.6 1010-13 -13 cm直直 线线 形形H2HH2.12.1非非极性键极性键0非极性分子非极性分子 直直 线线 形形CO2CO2.5 3.5极极 性性 键键0非非极极性性分分子子直直 线线 形形SO2SO2.5 3.5极极 性性 键键5.44 极极 性性 分分 子子V字字形形BF3BF2.0 4.0极极 性性 键键0非极性分子非极性分子 平平面面三三角角形形NH3NH3.0 2.1极极 性性 键键4.9极极 性性 分分 子子 三三 角角 锥锥 形形CH4CH2.5 2.1极极 性性 键键0非极性分子非极性分子 正正四四面面体体形形键的极

40、性及分子的极性键的极性及分子的极性例如： 同属于AB3型共价分子一般有两种空间构型：平面三角形或三角锥形。 实验测得：BF3的 = 0，可以判断它是非极性分子，呈平面三角形；NH3的 0，可判断它是极性分子，呈三角锥形。 偶极矩可用于判断分子的空间构型相似相溶原理：相似相溶原理：极性溶质易溶于极性溶剂中。极性溶质易溶于极性溶剂中。非极性溶质易溶于非极性溶剂中。非极性溶质易溶于非极性溶剂中。润滑油润滑油机油机油汽油汽油甲苯甲苯乙醇乙醇丙酮丙酮水水非非(弱弱)极性物质极性物质非非(弱弱)极性溶剂极性溶剂极性溶剂极性溶剂例如：油污染零件的清洗：例如：油污染零件的清洗： 分子的极性会影响物质的溶解性1

41、.4.21.4.2分子间力分子间力分子间力分子间力（1 1）色散力）色散力）色散力）色散力: :瞬时偶极间的作用力。瞬时偶极间的作用力。色散力、诱导力、取向力。色散力、诱导力、取向力。瞬时偶极瞬时偶极+-某一瞬间某一瞬间另一瞬间另一瞬间-+-+-+-+-+-+-+异极相邻异极相邻存在于一切分子中存在于一切分子中范德华力包括：范德华力包括：（2 2）诱导力）诱导力）诱导力）诱导力: :诱导偶极同固有偶极间的作用力。诱导偶极同固有偶极间的作用力。诱导偶极诱导偶极+-+-+-异极相邻异极相邻极性分子极性分子非极性分子非极性分子（3 3） 取向力取向力取向力取向力: : : :固有偶极间的作用力。固有

42、偶极间的作用力。+ -+ -极性分子极性分子极性分子极性分子异极相邻异极相邻+ -+ -+ -+ -+ -+ -永远存在于分子或原子间。永远存在于分子或原子间。吸引力，作用能比化学键小吸引力，作用能比化学键小12个数量级。个数量级。没有方向性和饱和性。没有方向性和饱和性。作用范围只有几个作用范围只有几个pm。三种力中主要是色散力。三种力中主要是色散力。范德华力的本质范德华力的本质结论结论 1 1、非极性分子只有色散力、非极性分子只有色散力 2 2、非极性分子和极性分子之间有色散力和诱、非极性分子和极性分子之间有色散力和诱导力导力 3 3、极性分子之间有色散力、诱导力和取向力、极性分子之间有色散

43、力、诱导力和取向力分子间力对熔沸点影响较大。分子间力对熔沸点影响较大。分分子子CH4SiH4GeH4SnH4沸点沸点/-164-112-90-52主族氢化物主族氢化物主族氢化物主族氢化物主族氢化物主族氢化物主族氢化物主族氢化物2345100-2000-100沸点沸点周期数周期数1.4.31.4.3氢氢氢氢 键键键键FFHH28kJ/mol565kJ/mol270pm9F2s22p5例：例：HFFHF2s22p5XHY影响影响影响影响: :当氢原子与电负性较大的当氢原子与电负性较大的X原子以极性共价原子以极性共价键结合时，氢原子还能吸引另一个键结合时，氢原子还能吸引另一个电负性较电负性较大大,原

44、子半径较小原子半径较小的的Y原子中的原子中的孤对电子孤对电子形形成氢键。成氢键。（1）有方向性和饱和性。）有方向性和饱和性。（2）键能同范德华力相当。）键能同范德华力相当。定义定义定义定义: :特点特点特点特点: :（1）熔沸点）熔沸点:含氢键的物质熔沸点相对较高。含氢键的物质熔沸点相对较高。（2）在水中的溶解性：）在水中的溶解性：与水分子形成氢键的物质易溶于水。与水分子形成氢键的物质易溶于水。典型晶体结构及其性质典型晶体结构及其性质典型晶体结构及其性质典型晶体结构及其性质 过渡型晶体过渡型晶体过渡型晶体过渡型晶体1.5.11.5.1 典型晶体结构及其性质典型晶体结构及其性质典型晶体结构及其性

45、质典型晶体结构及其性质 紫水晶紫水晶干冰干冰石英石英硫硫离子晶体离子晶体性质性质 在离子晶体中不存在独立的分子在离子晶体中不存在独立的分子同类型的离子晶体的熔沸点同类型的离子晶体的熔沸点 随着电荷数的增加而升高随着电荷数的增加而升高 随着离子半径的增大而减小随着离子半径的增大而减小原子晶体原子晶体 由原子占据晶格点，原由原子占据晶格点，原子间以共价键结合。因此，子间以共价键结合。因此，原子晶体一般具有很大的硬原子晶体一般具有很大的硬度和很高的熔点。度和很高的熔点。 在原子晶体中不存在独在原子晶体中不存在独立的分子。立的分子。SiO2分子晶体分子晶体 由分子占据晶格点，由分子占据晶格点，分子间以

46、范德华力或氢分子间以范德华力或氢键结合。因此，分子晶键结合。因此，分子晶体的熔沸点和硬度很低。体的熔沸点和硬度很低。 在分子晶体中存在在分子晶体中存在独立的分子。独立的分子。CO2 如果将金属原子看作等径圆球，金属晶体则是这如果将金属原子看作等径圆球，金属晶体则是这些等径圆球互相靠近堆积而成些等径圆球互相靠近堆积而成. . 显然，最紧密方式堆显然，最紧密方式堆积将是最稳定的积将是最稳定的. .几种常见的结构形式为：几种常见的结构形式为：金属晶体金属晶体离子晶体离子晶体原子晶体原子晶体分子晶体分子晶体金属晶体金属晶体正正,负离子负离子原子原子分子分子金属原子金属原子正离子正离子离子键离子键共价键

47、共价键分子间力或分子间力或氢键氢键金属键金属键(离域键离域键)较高较高高高较低较低不定不定硬硬度度大大小小不定不定NaClCaONH4Cl金刚石金刚石,SiSiO2,B4CSiC,GeCO2,HF卤素单质卤素单质稀有气体稀有气体Fe,CuAl，Zn基本类型基本类型晶格点上晶格点上的微粒的微粒微粒间作微粒间作用力用力熔沸点熔沸点较大较大实实例例第一章第一章练习题练习题1表示原子核外电子运动状态的量子数组中，正确的是表示原子核外电子运动状态的量子数组中，正确的是(A)(1，0，1，-1/2)(B)(1，0，0，+1/2)(C)(2，2，-1，0)(D)(3，1，0，1)2.原子序数为原子序数为25

48、的元素的外层电子构型为的元素的外层电子构型为(A)3d54s2(B)3d44s2(C)4s24p6(D)3s23p63d63.HF具有反常的高沸点是由于具有反常的高沸点是由于(A)离子键离子键(B)范德华力范德华力(C)共价键共价键(D)氢键氢键4.在化学键中，在化学键中，具有饱和性和方向性，而具有饱和性和方向性，而则无方向性则无方向性和饱和性；分子间力和饱和性；分子间力方向性和饱和性，但氢键方向性和饱和性，但氢键方向性方向性和饱和性。和饱和性。5某元素某元素+3价离子的电子分布式为价离子的电子分布式为1s22s22p63s23p6，则该元素属，则该元素属于于(A)s区区(B)p区区(C)ds

49、区区(D)d区区6.原子序数为原子序数为24的元素外层电子构型为的元素外层电子构型为(A)3d54s1(B)3d44s2(C)4s24p6(D)3s23p63d67下列分子中中心原子通过下列分子中中心原子通过sp3不等性杂化轨道成键的是不等性杂化轨道成键的是(A)CH4(B)CHCl3(C)BCl3(D)NH38.47Ag的核外电子分布式为的核外电子分布式为，该元素在周期表中属，该元素在周期表中属周期、周期、族，族，区。区。9.写出具有下列指定量子数的原子轨道符号写出具有下列指定量子数的原子轨道符号:(A).n =4,l=1（B） n=5, l=310.波函数波函数 是描述是描述的数学函数式。

50、的数学函数式。11BBr3分子的空间构型是分子的空间构型是，B原子的杂化轨道类型是原子的杂化轨道类型是。1226号元素的核外电子分布式为号元素的核外电子分布式为，该元素在周期表中，该元素在周期表中属属周期、周期、族，族，区。区。13下列分子中属于正四面体空间构型的是下列分子中属于正四面体空间构型的是(A)BF3(B)NH3(C)CCl4(D)C2H414下列分子中中心原子通过下列分子中中心原子通过sp3不等性杂化轨道成键的是不等性杂化轨道成键的是(A)CH4(B)CHCl3(C)BCl3(D)NH315.多电子原子轨道的能级只与主量子数多电子原子轨道的能级只与主量子数n有关。有关。()16.分子的极性只与化学键的极性有关，而与分子的空间构型无分子的极性只与化学键的极性有关，而与分子的空间构型无关。关。()17.氢键没有方向性和饱和性。（）氢键没有方向性和饱和性。（）18.H2O分子的空间构型为分子的空间构型为“V”型型,杂化轨道理论认为氧原子进行杂化轨道理论认为氧原子进行的是的是sp3等性杂化。（等性杂化。（）19HF分子之间有氢键存在，所以它的熔点比分子之间有氢键存在，所以它的熔点比HI高。（）高。（）20.原子序数为原子序数为24的元素外层电子构型为的元素外层电子构型为(A)4d55s1(B)3d44s2(C)4d45s2(D)3d54s1