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主量子数n是决定电子层数的.doc

主量子数n是决定电子层数的

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2017-11-16 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《主量子数n是决定电子层数的doc》,可适用于高等教育领域

主量子数n是决定电子层数的主量子数n是决定电子层数的n值相同的电子在一个电子层。n的取值范围:n=、、、……n(正整数)主量子数n是决定电子能量高低的主要因素。对于单电子原子或类氢离子来说n值越大电子的能量越高。对于多电子来说核外电子能量既与n有关又与l有关取决于n和l的取值。主量子数n:……(光谱符号)电子层符号:KLMNOPQ角量子数l亦称副量子数。l取值范围:对于给定的n值l只能取小于n的整数值。l=……(n)按光谱学上的习惯用下列符号代表角量子数角量子数l……光谱符号spdfg……角量子数l表示原子轨道或电子云的形状l=的状态称为s态s轨道s电子云l=的状态称为p态p轨道p电子云l=的状态称为d态d轨道d电子云l=的状态称为f态f轨道f电子云用主量子数n表示电子层时角量子数l就表示同一电子层中具有不同状态的分层:对于给定的主量子数n来说就有n个不同的角量子数l多电子原子中电子的能量决定于主量子数n和角量子数l。对于多电子原子来说在主量子数n相同时l的数值越大其电子的能量越高。在同一电子层中s电子的能量低于p电子p电子低于d电子d电子低于f电子的能量:Es,Ep,Ed,Efl取值:由不同的n和l组成的各分层例如s、p、d……其能量必然不同从能量的角度看这些分层也常称为能级。l=(s电子)m=只具有一种状态空间无方向性l=(p电子)m=具有三种状态空间有三种取向l=(d电子)m=具有五种状态空间有五种取向l=(f电子)m=具有七种状态空间有七种取向量子数m与能量无关。l相同时因m不同原子轨道有不同的伸展方向例如l=的p轨道因m不同有三种不同方向取向的px、py和pz三者的能量在通常的情况下是相同的这样的轨道是能量相同的简并轨道。电子除了绕核作高速运动之外同时还有自身的旋转运动根据量子力学计算自旋运动有两个方向即顺时针方向和逆时针方向可以取数值相同而方向相反的两种运动状态通常用和表示自旋相反的两种状态其可能的取值只有两个即si=这表示电子自旋的两种状态自旋角动量有两种不同取向。因此在nlm值相同的情况下电子运动还有两个自旋相反的状态。能级升高顺序ns(n)f(n)dnp核外电子分布三规则根据光谱实验结果和对元素周期律的分析而得出的核外电子排布的三个原则。能量最低原理保里不相容原理洪特规则•最低能量原理电子在核外排列应尽先分布在低能级轨道上,使整个原子系统能量最低。•Pauli不相容原理每个原子轨道中最多容纳两个自旋方式相反的电子。在同一个原子中没有四个量子数完全相同的电子•Hund规则在n和l相同的轨道上分布的电子,将尽可能分占m值不同的轨道,且自旋平行。•半满全满规则:当轨道处于全满、半满时原子较稳定。三、原子的电子层结构与元素周期律元素周期律:元素以及由它形成的单质和化合物的性质随着元素的原子序数(核电荷数)的依次递增呈现周期性的变化。元素周期表(长表)•周期号数等于电子层数•各周期元素的数目等于相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数•主族元素的族号数等于原子最外层电子数元素基本性质的周期性变化一、有效核电荷Z*二、原子半径(r)三、电离能四、电子亲和能五、电负性χ多电子原子中电子除受原子核的吸引外还受到其它电子的排斥因此抵消了部分核电荷的作用削弱了原子核对电子的吸引力这种抵消了部分核电荷的作用叫屏蔽效应。Z*=Zσi屏蔽效应系数可用Slater规则近似计算(s),(sp),(sp),(d),(sp),(d),(f),(sp)一、有效核电荷Z*元素原子序数增加时原子的有效核电荷Z*呈现周期性的变化。元素原子序数增加时原子的有效核电荷Z*呈现周期性的变化。同一周期:短周期:从左到右Z*显著增加。长周期:从左到右前半部分有Z*增加不多后半部分显著增加。同一族:从上到下Z*增加但不显著三、电离能基态气体原子失去电子成为带一个正电荷的气态正离子所需要的能量称为第一电离能用I表示。由价气态正离子失去电子成为带价气态正离子所需要的能量称为第二电离能用I表示。电离能随原子序数的增大周期性变化同一周期:主族元素从A到卤素Z*增大r减小I增大。其中A的I最小稀有气体的I最大长周期中部(过渡元素)电子依次加到次外层Z*增加不多r减小缓慢I略有增加。N、P、As、Sb、Be、Mg电离能较大半满全满。同一主族:从上到下最外层电子数相同Z*增加不多r增大为主要因素核对外层电子引力依次减弱电子易失去I依次变小。四、电子亲和能元素的气态原子在基态时获得一个电子成为一价气态负离子所放出的能量称为电子亲和能。当负一价离子再获得电子时要克服负电荷之间的排斥力因此要吸收能量。同一周期:从左到右Z*增大r减小最外层电子数依次增多趋向于结合电子形成电子结构A的负值增大。卤素的A呈现最大负值A为正值稀有气体的A为最大正值。同一主族:从上到下规律不很明显大部分的A负值变小。特例:A(N)为正值是p区元素中除稀有气体外唯一的正值。A的最大负值不出现在F原子而是Cl原子。原子在分子中吸引电子的能力称为元素的电负性用表示元素的电负性越大原子吸引电子的能力越强电负性可以综合衡量各种元素的金属性和非金属性。同一周期从左到右电负性依次增大同一主族从上到下电负性依次变小第八章物质结构简介(了解化学键的定义和分类(掌握离子键的本质及其特点(掌握价键理论、杂化轨道理论了解分子轨道理论、价层电子对互斥理论、掌握共价键的特点、键型会用杂化轨道理论解释简单的分子结构(掌握分子间作用力和氢键的本质会解释其对物质性质的影响掌握分子间作用力的分类及存在范围离子键通常情况下大部分物质都是以化合物的形式存在的分子或晶体中的原子决不是简单地堆砌在一起的而是存在着强烈的相互作用力这种分子或晶体中原子(离子)之间强烈的作用力就叫做化学键电负性小的活泼金属原子与电负性大的活泼非金属原子在一定反应条件下互相接近时它们都有达到稳定结构的倾向因而原子间发生电子的转移而生成正、负离子。正负离子之间靠库仑静电引力结合在一起而生成离子化合物。这种正、负离子之间的静电吸引力叫做离子键。无方向性和饱和性离子的电荷球形对称分布在空间各方向都同等程度地尽量多吸引异性电荷的离子。离子键的本质是静电作用力键的离子性与元素的电负性有关元素电负性差别越大键的离子性也越大。对于AB型化合物Δχ=作为判断离子键和共价键的依据。离子电荷离子电荷越高半径越小离子键越强同一原子形成的不同离子性质有很大差异如颜色、氧化还原性等。离子半径指正、负离子相互作用形成离子键时所表现出来的有效半径。主族元素具有相同电荷的同族离子半径依次增大如Li<Na<K<Rb<Cs同周期主族元素随族数递增正离子电荷增大离子半径依次减小如Na>Mg>Al同一元素形成的不同正离子高价离子半径小于低价离子半径如Fe<Fe负离子半径一般较大正离子半径一般较小周期表中处于相邻的左上方和右下方的正离子半径相似如Li~Mg分子轨道成键三原则能量相近对称性匹配最大重叠五、键参数化学键的性质可以通过键参数的某些物理量来描述如键能、键长、键角和键矩等。、键能:在标准压力、K下将mol气态AB键断开为A、B原子时所吸收的能量称为AB键的键能也叫键离解能通常用E表示。由表数据可见H,FH,ClH,BrH,I键长依次递增而键能依次递减单键、双键及叁键的键长依次缩短键长越短键的稳定性越高。、键角在分子中键和键之间的夹角叫做键角。、键矩在共价键中若成键两原子的电负性差值为零这种键称为非极性共价键如HHClCl若成键两原子的电负性差值不为零这种键称为极性共价键如HCl。当分子中共用电子对偏离成键两原子的一方时键具有极性键的极性大小可以用键矩衡量。键矩记作μμ=ql式中q为电量l为核间距。μ为矢量方向从正指向负。例如实验测得H,Cl分子间力和氢键分子间力是指存在于分子与分子之间的一种较弱的作用力其作用范围很小作用的力度也比化学键小个数量级。因为范德华第一个提出这种作用力所以这种分子间力又称为范德华力。气体分子能凝聚成液体或固体主要就是靠这种作用力。范德华力是决定物质熔点、沸点和溶解度等物理性质的一个重要因素一、分子的极性和偶极矩非极性共价键由同种原子形成的共价键原子双方吸引电子的本领(即电负性)相同电子对在键中央出现的概率最大两个原子核正电荷重心和分子中负电荷重心恰好重合这种键便是非极性共价键。例如:H、O、F、Cl、N分子中和巨分子单质金刚石、晶态硅、晶态硼等的共价键都是非极性共价键。极性共价键由不同原子间形成的共价键原子双方吸引电子的本领不一样使共用电子对偏向电负性较大的原子一边。由于分子中正电荷重心和负电荷重心不重合即在键的两端出现了电的正极和负级这种键叫做极性共价键。例如HF分子HF的物理性质表明在H和F原子上分别有少部分的异号电荷在外加电场中HF的分子会发生取向运动。极性分子和非极性分子正、负电荷中心不重合的分子叫做极性分子如:HClHFNHHO正、负电荷中心重合的分子叫做非极性分子如:HClCOBCl等等。极性分子和非极性分子对于双原子分子分子的极性和键的极性一致如H、N非极性共价键所以是非极性分子HCl、HF是极性共价键所以是极性分子对多原子分子分子的极性和键的极性不一定一致如CO中C=O键是极性共价键但由于CO分子的空间构型是直线型正、负电荷中心仍在碳原子核上所以CO是非极性分子。偶极矩分子的极性强弱通常用偶极矩μ来衡量。偶极矩的定义:在极性分子中正电荷重心与负电荷重心之间的距离称为偶极长用d表示。分子的偶极矩μ等于分子的偶极长d和偶极上一端电荷q的乘积:μ,qd偶极矩μ是可以用实验方法测定的。偶极矩是一个矢量既有数量又有方向性在化学上规定其方向是从正电荷指向负电荷。偶极矩偶极矩μ常被用来判断一个分子的空间结构。例如NH和BCl都是四原子分子这类分子的空间构型一般有两种平面三角形和三角锥形实验测得这两个分子的偶极矩分别为μNH=和μBCl=这说明NH分子是极性分子而BCl是个非极性分子由此可以判定BCl分子一定是平面三角形的构型而NH分子为三角锥型的构型。偶极矩越大表示分子的极性越大、偶极的分类固有偶极:由于极性分子的正、负电荷重心不重合因此在极性分子中始终存在着一个正极和一个负极极性分子的这种固有的偶极叫做固有偶极也叫永久偶极。诱导偶极:非极性分子在外加电场、固有偶极或离子的影响下可以变成具有一定偶极的极性分子而极性分子在外加电场、固有偶极或离子的影响下其偶极增大这种受外界影响所产生的偶极叫诱导偶极。瞬间偶极:非极性分子中的正、负电荷重心在没有外加电场存在下也可能发生变化因为分子内部的原子核和电子都在不停地运动着不断地改变它们的相对位置。在某一瞬间分子的正电荷重心和负电荷重心会发生不重合现象这时所产生的偶极叫做瞬间偶极。瞬间偶极的大小与分子的变形性有关分子越大越容易变形瞬间偶极也越大。二、分子的变形性分子极化:在外加电场的作用下分子的电荷重心可发生相对的位移即分子发生变形这个过程叫做分子的极化极性分子和非极性分子在外加电场作用下都可以发生极化作用。三、分子间力色散力诱导力取向力以上三种力称为分子间力也叫范德华力取向力取向力发生在极性分子和极性分子之间是靠永久偶极而产生的相互作用力。当两个极性分子相互接近时同极相斥异极相吸分子会发生相对的转动这种转动就叫做取向。取向力的本质是静电引力它与分子偶极矩的平方成正比即分子的极性越大取向力越大。取向力与绝对温度成反比温度越高取向力越弱。取向力与分子间距的次方成反比随分子间距的增大取向力递减得非常快。诱导力在极性分子和非极性分子之间、极性分子和极性分子之间以及离子与共价分子之间都存在着诱导力。当极性分子与非极性分子靠近时极性分子的偶极使非极性分子变形使正负电荷重心发生位移而产生诱导偶极。诱导偶极与极性分子的永久偶极相互吸引产生的作用力称为诱导力。同样极性分子与极性分子相互接近时彼此之间的相互作用除了取向力外由于极性分子的相互影响每个分子也会发生变形产生诱导偶极诱导力也存在于极性分子之间。诱导力的本质是静电引力。诱导力与极性分子偶极矩的平方、被诱导分子的变形性成正比。通常分子中各组成原子的半径越大它在外来静电力作用下越容易变形诱导力与分子间距的次方成反比随距离的增大诱导力减弱得很快诱导力与温度无关。色散力非极性分子之间也存在着相互作用力。例如:室温下苯是液体不是气体碘、萘是固体在低温下Cl、N、O甚至稀有气体也能液化。此外对于极性分子来说由取向力和诱导力计算出的分子间作用力比实验值小的多。这些都说明还存在着第三种分子间作用力这种力必须根据近代量子力学原理才能正确理解它的来源和本质由于从量子力学导出的这种力的理论公式与光色散公式相似因此把这种力叫做色散力任何一个分子由于电子的运动和原子核的振动都可以发生瞬间的相对位移从而产生“瞬间偶极”这种瞬间偶极也会诱导邻近的分子产生瞬间偶极。于是两个分子可以靠瞬间偶极相互吸引在一起这种由于存在“瞬间偶极”而产生的相互作用力称为色散力。分子变形性越大色散力越大色散力和分子间距的次方成反比。它广泛存在于各种分子之间分子间力: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。分子极性色散作用诱导作用取向作用非非非极极极四、氢键这个半径很小又带正电性的H原子与另一个水分子中含有孤电子对的并带部分负电荷的O原子充分靠近相互吸引形成的键就叫做氢键。氢键的形成条件分子形成氢键必备的两个条件是:()分子中必须有一个与电负性很强的元素形成强极性键的H原子。()分子中必须有带孤电子对、电负性大而且原子半径小的元素如F、O、N等。分子形成氢键必备的两个条件是:()分子中必须有一个与电负性很强的元素形成强极性键的H原子。()分子中必须有带孤电子对、电负性大而且原子半径小的元素如F、O、N等。硝酸的分子内氢键使其熔、沸点较低关于氢键的本质目前还没有统一的认识。一般认为氢键主要是静电吸引力但又不能认为氢键完全是由静电吸引力产生的因为氢键具有方向性和饱和性这是静电作用的观点不能解释的。那么氢键是否属于共价键呢,氢键也不同于共价键因为从量子力学观点看H原子只有一个电子它与一个电负性大的原子形成共价键后就不能再与其他原子形成新的共价键了。另外从键能看氢键的键能比共价键的键能小得多例如在HO分子中OH共价键的键能为kJmol而在OH…O中氢键的键能为kJmol。由于氢键的键能与分子间作用力的大小较为接近因此有人认为氢键属于分子间力的范畴但氢键有方向性这又是有别于分子间力的故可把氢键看作为是有方向性的分子间力。氢键对物质性质的影响从氢化物沸点图可以看出在分子间没有形成氢键的情况下如A族元素的氢化物的沸点是随分子量的增加而升高的这是由于随分子量的增大分子间力(主要是色散力)依次增大。但在分子间有较强的氢键时分子发生缔合现象使物质的熔沸点升高。如HF、HO和NH的沸点和熔点与同族同类氢化物相比就明显升高。而分子内氢键的生成一般却会使化合物的熔、沸点降低汽化热、升华热减小。在极性溶剂中如果溶质与溶剂分子之间形成氢键则溶质的溶解性增大。如:NH在HO中的溶解。但如果溶质分子可以形成分子内氢键则在极性溶剂中溶解度降低在非极性溶剂中的溶解度增大。若形成分子间氢键则酸性降低。如HF、HCl、HBr和HI中HF的酸性最弱。若形成分子内氢键则酸性增加。

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