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第五章 物质结构.ppt

第五章 物质结构

沉默是错
2011-01-12 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第五章 物质结构ppt》,可适用于高等教育领域

华北科技学院无机化学InorganicChemistry第五章 物质结构基础原子光谱连续光谱:将白光通过三菱镜产生红橙黄绿青蓝紫连续分布的彩色谱带。原子受高温火焰、电弧等激发时,发射出来的是不连续的线状光谱。波尔理论定态轨道轨道能级核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动且不吸收也不释放能量。电子处在离核最近的轨道上能量最低基态原子获得能量后电子被激发到高能量轨道上原子处于激发态。不同的定态轨道能量也不同。轨道的这些能量状态称为能级。激发态的电子不稳定很快回到低能级同时释放光能。激发态原子发光的原因波尔理论轨道能量量子化在物理学中某一物理量的变化是不连续的就说这一物理量是量子化的。激发态原子发射光的能量值是不连续的也可以说是量子化的。波尔理论的缺陷轨道间的能量差不同→光的能量、波长也不同。微观粒子的波粒二象性波动性:波长、频率、衍射干涉等粒子性:速度、质量、动量等。电子具有粒子性:电子是一种有确定体积(直径一般为m)和质量(×kg)的粒子。电子具有波动性:电子衍射实验微观粒子具有波粒二象性海森堡不确定关系经典力学可以准确测量宏观物体的位置和速度。对于微观粒子则不能同时准确的测定一个微观粒子的位置和速度这一点称为海森堡不确定关系。说明了什么问题?微观粒子运动的几率分布规律电子不再遵守经典力学规律它们的运动没有确定的轨道只有一定的空间几率分布几率分布具有统计规律。电子在核外空间单位体积内出现的概率称为概率密度或几率密度。几率密度等于|Ψ|。小黑点疏密表示几率密度的大小。电子云:用小黑点的疏密表示空间各处电子几率密度大小得到的空间图形。薛定谔方程薛定谔方程描述微观粒子的运动波函数Ψ()非具体值是描述波的数学函数式。()有明确的数学含义但没有直接的物理意义。()同时引入三个量子数Ψ才具有确定的物理意义。薛定谔方程量子数n、l、m①取值规则(制约关系)n:自然数即…nl:≤n即…nm:|m|≤l即±±…±l。②n主量子数表示电子离核的远近是决定电子能量的主要因素常将n决定的能量状态称为电子层。电子层符号为:K、L、M……薛定谔方程③l角量子数(副量子数)确定原子轨道的形状在多电子原子中是决定电子能量的次要部分。称为电子亚层或能级。电子亚层符号:s、p、d、f、g…能量关系:④m磁量子数决定原子轨道在空间的伸展方向不影响电子能量。薛定谔方程波函数和原子轨道的关系Ψ(xyz)Ψ(rθφ)Ψ(rθφ)=R(r)Y(θ、φ)R(r):波函数的径向分布Y(θφ):波函数的角度分布波函数的空间图像就是原子轨道原子轨道的表示式就是波函数。一个原子轨道由n,l,m个量子数确定:Ψlmn原子轨道和电子云图像S、p、d原子轨道的角度分布图:形状 电子云的角度分布图与相应的原子轨道角度分布图基本相似但有两点不同。()原子轨道角度分布图带有正、负号而电子云角度分布图均为正值(习惯不标出正号)()电子云角度分布图比原子轨道角度分布图要“瘦”些。量子数量子数n、l、m可以确定一个原子轨道。但要描述核外电子的运动状态还需要引入另一个量子数即自旋量子数(ms)。ms表示电子的自旋运动运动方向只有种。核外电子排布原理鲍林(Pauli)不相容原理一个轨道内最多容纳两个自旋方向相反的电子。能量最低原理在不违反鲍林原理的前提下核外电子总是尽先分布在能量较低的轨道使原子处于能量最低的状态。洪特(Hund)规则同一亚层电子尽可能单独分布在不同轨道且自旋平行。鲍林近似能级图()l相同的能级的能量随n增大而升高。Es<Es<Es<Es…()n相同能量随l增大而升高。Ens<Enp<End<···能级分裂()电子层能量:K<L<M<···()能级交错:Es<Ed<Ep…规律:电子排布核外电子填入轨道的顺序()电子排布原理鲍林近似能级图能量最低原理。()半满全满规则(结构稳定)价层电子构型价电子:化学反应中可能参加成键的电子。价层:价电子所在亚层。原子的价层电子构型指价层的电子分布式它反映该元素原子电子层结构的特征。Ar原子的价层电子构型:spsp元素周期表周期族周期数等于该元素原子的电子层数。主族、零族、副族、VIII族区五个区:spdds和f区元素原子价层电子构型的不同元素性质的周期性原子半径•共价半径过渡元素:从左到右r缓慢减小从上到下r略有增大。•金属半径•vanderWaals半径r越大核对外层电子的引力越弱原子越易失电子。易失电子的原子不一定就难得电子如零族元素。主族元素:从左到右r减小从上到下r增大。元素性质的周期性电离能(I)()定义从基态的中性气态原子失去个电子形成气态阳离子所需要的能量称为原子第一电离能(I)。气态原子失去电子变为气态阳离子时所需的能量。它反映了原子失电子的难易程度。()各级电离能由气态阳离子再失去个电子形成的气态阳离子所需要的能量称为原子的第二电离能(I)。……各级电离能的关系:I<I<I…I越小易失eI越大难失e()第一电离能变化规律(P表)元素性质的周期性①同一主族元素从上往下原子的电离能逐渐减小。②同周期主族元素从左向右电离能逐渐增大。③副族元素从左向右电离能变化幅度较小且不规律。④第一电离能最高的是He最低的是Cs。()影响因素核电荷数、原子半径、电子间斥力和结构稳定性元素性质的周期性电子亲和能(E)气态原子获得电子变为气态阴离子时的能量变化。衡量元素原子获得电子的难易程度。()定义()第一电子亲合能的变化规律(P表)①同周期从左到右E增大②同主族从上到下E变小E最大的元素是Cl③同一副族元素从上到下E大体增加④数据远不如电离能完整。E越小难得eE越大易得e元素性质的周期性()定义元素原子在分子中吸引电子的能力。指定:氟F原子的电负性=。()规律①同周期从左到右增②同主族从上到下减③金属元素多在以下铯最小氟最大。价键理论价键理论要点()电子配对原理两原子接近时自旋相反的未成对电子配对形成共价键。()最大重叠原理成键电子的原子轨道同号重叠越多所形成的共价键就越牢固。价键理论共价键的特点方向性饱和性原子有几个未成对的电子一般就只能和几个自旋方向相反的电子配对成键。沿轨道伸展的方向进行重叠才能实现最大限度的重叠这就决定了共价键具有方向性。方向性决定了分子的空间构型。价键理论共价键的键型根据原子轨道重叠方式不同共价键分为σ键和π键。()σ键原子轨道沿键轴(两原子的核间连线)以“头碰头”的方式发生重叠形成的具有圆柱型对称性的共价键称为σ键。价键理论()π键原子轨道垂直于键轴以“肩并肩”的方式重叠形成反对称性的共价键称为π键。重叠程度:σ键大于π键()σ键和π键比较键能:σ键大于π键稳定性:σ键大于π键价键理论()σ键和π键形成的条件①两个原子形成共价单键时原子轨道总是沿键轴方向达到最大程度的重叠所以单键都是σ键②形成共价双键时有一个σ键和一个π键()配位键形成条件:成键原子一方有孤对电子另一方有空轨道。③形成共价三键时有一个σ键和两个π键。杂化轨道理论杂化轨道要点①杂化:原子相互影响同一原子能量相近的原子轨道“混合”重新组合成一组新的轨道的过程。④等性、不等性杂化等性杂化:每个杂化轨道完全等同。不等性杂化:每个杂化轨道不完全等同。成键能力强键能大分子更稳定②杂化轨道:杂化后形成的新轨道。③杂化轨道数目:与参与组合的原子轨道数目相同。杂化轨道理论sp杂化BeCl:直线型键角:oBe:s杂化轨道理论sp杂化BF:平面三角形键角:oB:sp杂化轨道理论等性sp杂化CH:正四面体分子极性()分子的正、负电荷的中心不重合则为极性分子。()分子的正、负电荷中心重合这种分子为非极性分子。定义判别()双原子分子分子的极性与键的极性一致。同核非极性异核极性()多原子分子还取决于分子的组成和几何构型。①同原子组成或极性键构成但几何构型对称非极性②极性键构成且几何构型不对称极性分子。分子极性偶极矩(μ)()用偶极矩判断分子极性分子间力()普遍存在于分子间的一种力()近距离作用力作用能较小()没有方向性和饱和性()色散力是分子间主要的作用力()存在范围:取向力:极性分子间诱导力:极性极性、极性非极性色散力:所有分子之间()相对大小:色散力>>取向力>诱导力氢键氢键形成及种类()分子间氢键②不同种分子间的氢键NH·HO①同种分子间的氢键HF(图P)②分子中必须有较小半径、较大电负性、含孤电子对、带有部分负电荷的Y原子氢键氢键形成的条件①分子中必须有与电负性很大的原子X形成强极性键的H原子强极性键(XH)上的氢核与电负性很大的、含孤电子对并带有部分负电荷的原子Y之间的静电引力。氢键的本质氢键氢键的特点()具有方向性和饱和性()X和Y原子的电负性越大氢键越强氢键形成对物质性质的影响

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