2物质结构基础

可用向上或向下的箭头 “↑↓”来表示这两个不同 方向的电子自旋运动状态。
电子运动状态的完全描述与四个量子数
综上所述，当四个量子数都确定以后， 才能完全描述一个电子的运动状态。 确定这个电子:
哪一个电子层（n）
哪一个形状的电子亚层（l）
哪一个伸展方向的轨道（m）
哪一个自旋方向（ms）。
在讲周期性之前，先讲一个小故事。 美国有一位格林太太，她是一个漂亮、开朗、 乐观的妇女。她身体健康，脸上总是挂着微笑。在她 开怀大笑的时候，人们可以发现她一口整齐洁白的牙 齿中间镶有两颗假牙：其中一颗是黄金的，另一颗是 不锈钢的——这是一次车祸留下的痕迹。令人百思不 解的是，自从车祸镶了不锈钢假牙以后，格林太太经 常头痛、夜间失眠、心情烦躁……尽管一些有名的医 院动用了堪称世界一流的仪器，尽管一些国际知名的 专家教授绞尽了脑汁为格林太太治病，但她的病症没 有丝毫减轻，反而日趋严重…… 这是为什么?请同学们想一想。
物质结构基础
Atomic Structure And Periodic law
一:原子结构模型的演变过程
原子核外电子的结构模型
原子核外电子的分层排布
1、原子核外电子的分层排布
电子层
原子 核 +10 核电荷 Ne 该电子 层上的 数 电子
电子层序数（n）
1
2
3
4
5
6
7
符号
K
L
M
N
O
P
Q
+12
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量子性——不连续性——微观世界的 一个基本特征。 如果某一物理量的变化是不连续
的，而是以某一最小单位作跳跃式的
增减，这一物理量就是量子化的，其
最小单位就称这一物理量的量子
（quantum）。例：一个电子的能量。
微观粒子的波粒二象性
1924年法国科学家德布罗意(L.de Broglie) 提出了电子等实物也具有波 粒二象性的假设。
次外层最多只能容纳18个电子（K层为次外层时不能 超过2个 倒数第三层最多只能容纳32个电子 注意：多条规律必须同时兼顾。
微观粒子运动的特殊性
核外电子运动的特征 原子轨道和波函数 电子云
四个量子数
氢原子光谱
连续光谱 日光或白炽灯发出的光，是一种混合光， 通过三棱镜折射后，便可分成红、橙、黄、 绿、蓝、紫色带。这样得到的光谱称为连续 光谱
微粒质量m 体系能量E
波函数y
解薜定谔方程，就可以求出描述微观 粒子运动状态的函数: 波函数y
Ψ — 是描述核外电子运动状态的 数学表达式 n, L, m是解薜定谔方程时自然产 生的三个参数，叫做量子数。 量子化学中，把三个量子数都有 确定值的波函数称为一个原子轨道。
Ψn,m,l
四个量子数
n ——主量子数 l ——角量子数 m ——磁量子数
r increases
电负性
为了综合表示元素的原子得失电子的 能力，美国科学家鲍林（L．Pauling） 首先提出了电负性的概念。 元素的原子在化合物中把电子吸向自己的能力称为 元素的电负性。 原子吸引电子的能力越强，其电负性越大；
原子吸引电子的能力越弱，其电负性越小。
同一周期元素从左到右电负性逐渐 变大，元素的非金属性也逐渐增强。
电子运动的三大特性
• 量子化
• 波粒二象性
• 统计性
波粒二象性
原子中的电子运动状态是 复杂的。人们不可能同时 测定电子的确切位置和确 切能量，当观察量子化的 电子行为时，或觉察其粒 子性，或看到它的波动性。 这可谓仁者见仁智者见 智．各有真知灼见，但两 种情况都只限于各取其一 义，有失偏颇。 格式塔心理学派
电负性相同或相差不很大
H2分子的形成 电子云 密度增大
共价键的特征
★ 饱和性 一个电子与另一个自旋反向的电子配对后,不能 再与第三个电子配对成键
↑↓ 3px ↑ ↑
例
H2S
16S：
3s2 3p4
↑↓ 3s
3py
3pz
H： 1s1
★ 方向性 沿轨道的伸展方向重叠
z
金属键
金属的最外层的价电子容易脱离原子的束缚而 形成自由电子。金属离子紧密堆积。所有自由电子 在整个堆积体间自由运动，形成金属键。 金属键的本质:
l = 0, 1, 2
l=0
l=1 l=2
m=0
m = -1, 0, +1 m = -2, -1, 0, +1, +2
三个量子数的一种合理组合就决定一个Ψn,m,l ，而 每一个Ψn,m,l又代表一个原子轨道。
主量子 数n (主层)
1 2 3
角量子 数l (亚层)
0 0 1 0 1 2
亚层符号
磁量子数m (原子轨道）
2、s 、p、d 电子云的形状及空间伸展方向？ 3、6C、7N 、8O、9F核外电子排布式。 4、周期和族（分区）与原子结构之间的关系。
5、电负性。
金属离子与自由电子之间的库仑引力。
金属键的特点：
没有方向性
没有饱和性
分子间作用力
化学键的极性与分子极性
非极性共价键 极性共价键
H2 、Cl2
HF>HCl>HBr>HI
分子极性
分子中正、负电荷重心重合的分子称为非极性分 子，不能重合的分子则称为极性分子。 双原子分子 同种元素的双原子分子必然是非极性分子。 异种元素的双原子分子必然是极性分子。
鲁宾双关图形
原子轨道和电子云
由于微观粒子远动的特殊性，描述宏观 物体运动规律和运动状态的经典物理学方法对 微观粒子已不适用。 1926年，奥地利物理学家薜定谔（Erwin Schrodinger）, 建立了描述微观粒子运动规律的 方程式: 薜定谔方程。
薜定谔方程
Schrodinger Wave Equation
0, 1, 2, …, n -1 （共可取 n 个值）
s、 p、d
通常在电子亚层前 面加上主量子数来 表示特定电子层的 某个亚层，如1s， 2s，2p。
电子云
s电子云
p电子云
d电子云
Байду номын сангаас 3.磁量子数
确定原子轨道在空间的伸展方向。
m = 0, ±1, ±2, ±3, …, ±l
l=0 m=0
共可取值( 2l +1)个值
l=1
l=2
m = -1, 0, +1
m = -2, -1, 0, +1, +2
s
轨道空间伸展方向数： 1
p
3
d
5 ( m的取值个数)
磁量子数取值的总数等于亚层中具有的轨道个数。
三个量子数的取值关系： n =1 l = 0 L 受 n 的限制 n =2 l = 0, 1
n =3
m 的取值受l 的限制：如
Mg
原子结构示意图
为了形象地表示原子的结构，人们就创 造了“原子结构示意图”这种特殊的图形。 第3层 第2层 原子核 第1层
+ 15
原子核带正电
2
L层
8
5
K层
核电荷数
M层
原子核外电子排布规律
① 能量最低原理:先排K层，排满K层后再排L层. ②每个电子层最多只能容纳2n2个电子。
③ 最外层最多只能容纳 8个电子（K层为最外层时不能 超过2个）
原来是形成了”口腔电池”,导致格 林太太神经系统受到干扰!
一些常见元素的小常识
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原子结构与周期表关系
•周期：具有相同电子层数的元素排成一行 周期数=核外电子层数 •族：电子构型相似或相同的排成的一列
0 0 -1, 0, +1 0 -1, 0, +1 -2,-1, 0, +1, +2
轨道 数
1 1 3 1 3 5
1s 2s 2p 3s 3p 3d
n=1 （1，0，0）——1个原子轨道 n=2 （2，0，0）、（2，1，-1 ）、（2，1，0）
（2，1，+1 ）—— 4个原子轨道
4.自旋量子数
自旋量子数ms的取值只有 两个，+1/2和-1/2，它是 不依赖于n，l，m三个量 子数的独立量。
l = h/P =h/mv
此式称为德布罗意关系式。根据此 式，可算出电子波的波长。
电子衍射实验 证实了德布罗依的假设
1927年，美国物理学家戴维逊（Davissn,C.J.） 和盖末（Germer,L.H.)通过电子衍射实验证实了 德布罗意的假设。
electron diffraction
当一束电子以一定的速度穿过晶体投射到照相底片上时， 在底片上得到的不是一个点而是一系列明暗相间的衍射 环纹。从而证明了电子也如同光一样具有波动性。
多原子分子
多原子分子的极性，取决于键的极性和分子的 空间构型。空间结构对称的多原子分子，是非 极性分子。
分子间作用力
色散力、取向力、诱导力
色散力 电子和原子核的不断运动，正负电荷中心不能始终保持 重合，产生瞬间偶极，瞬间偶极之间的相互作用称为色散力。 色散力存在于所有分子之间，色散力的大小既依赖于分 子的大小。
同一主族元素从上至下元素的非金 属性依次减小，金属性增强，电负性
降低。
化学键
★ 化学键 分子或晶体中相邻原子或离子 间的强烈吸引作用力
★ 化学键的基本类型： 离子建、共价键、金属键
离子键
原子之间靠得失电子生成正负离子，通 过静电作用力而形成的化学键。
共价键
★ 共价键——原子之间由于成键电子 的原子轨道发生重叠而形成的化学键
取向力
分子固有电偶极之间的作用力，存在于极性分子中。