普通化学物质结构基础共25页
普通化学教案物质结构基础
表面吸附与反应
表面吸附的概 念：物质在固 体表面上的聚
集现象。
表面吸附的原 理：由于表面 分子的作用力 与内部不同， 导致气体分子 在表面上的聚
集。
表面吸附的分 类：物理吸附 和化学吸附。
表面反应的定 义：在表面吸 附的基础上， 表面上的分子 与其他分子或 离子发生化学
反应。
界面现象与性质
润湿现象：液体在固体表面 铺展的现象
相变：晶体在不同 温度和压力条件下 发生结构转变的现 象
晶体缺陷对相变的 影响：缺陷可以促 进或抑制相变的发 生
相变在晶体缺陷中 的应用：通过控制 晶体缺陷来调控材 料的性能和功能
晶体结构与物理性质
晶体结构决定物质的物理性质，如硬度、熔点、导电性等。
不同晶体结构对物理性质的影响不同，如金属晶体具有良好的导电性和延 展性。
溶液中的化学反应动力学
反应速率常数：描 述化学反应快慢的 物理量
活化能：反应进行 所需的最低能量
反应机理：化学反 应的步骤和过程的 描述
催化剂：降低反应 活化能，加速反应 进程的物质
溶液中的相变与热力学
相变：溶液中物质 状态的变化，如溶 解、结晶等
热力学基本概念： 如熵、焓、自由能 等在溶液结构中的 意义
振动与转动的能量：较低，常温下即可发生。
振动与转动的光谱特征：可通过红外光谱和拉曼光谱进行检测和研究。
分子的极性
影响因素：元素的电负性、 键的极性、分子构型等
定义：分子中正负电荷中心 不重合，导致分子表现出极 性
极性分类：永久极性、诱导 极性、取向极性
物理性质：溶解度、熔点、 沸点等
分子光谱与分子能级
THANK YOU
汇报人：XX
表面张力：液体表面抵抗变 形的能力
浙师大普通化学 物质结构基础
• 物质结构：微观粒子的波粒二象性
•
氢原子核外电子的运动状态
•
多电子原子核外电子的运动状态
•
原子结构和元素周期律
• 分子结构： 离子键
•
共价键：价键理论
•
杂化轨道理论：等性和不等性杂化
•
分子的极性和分子间力
•
氢键
a
物质结构
• 微观粒子的波粒二象性 • 氢原子核外电子的运动状态 • 多电子原子核外电子的运动状态 • 原子结构和元素周期律
0, 1, 2, 3, 4, ……. (n-1), 为n个取值 ， 符号: s, p, d, f, …… (亚层） n = 4, l = 0 : 表示轨道为第四层的4s轨道， 形状为球形 l = 1 : 表示轨道为第四层的4p轨道，形状为哑铃形 l = 2 : 表示轨道为第四层的4d轨道，形状为花瓣形 l = 3 : 表示轨道为第四层的4f轨道， 形状复杂
2代表空间上某一点电子出现的概率密度
a
波函数角度分布（H原子）
a
电子云角度分布
a
注意: 1. 轨道的 |Y(θ, φ ）|2比Y(θ, φ ）的图形“瘦”, 比较 苗条，这是因为Y总是小于1。 2. |Y(θ, φ ）|2无正负, 而Y(θ, φ ）有正负。这种正 负只是Y(θ, φ ）计算中取值的正负(在成键中代表 轨道的对称性, 不是电荷的正负)
3d与4s轨道的径向分布图
a
多电子原子轨道的能级
• 一般有： • E1s <E2s <E3s （l相同）
• Ens< Enp< End< Enf（n相同） • E4s< E3d< E4p（能级交错） • E5s <E4d <E5p （能级交错） • E6s <E4f <E5d <E6p （能级交错）
物质结构基础知识PPT教学课件
是高考中考查的热点问题，这一类问题的
难度一般都不太大，只要弄清元素、原子、
核素、同位素等概念的联系与区别，以及
原子中各种微粒之间的数量关系，就可以
答好这类题目。
29
•
（考查对化学键知识的理解）
关于化学键的下列叙述中，正确的是(
)D • A.离子化合物中不可能含有非极性共价
键
• B.金属和非金属化合都形成离子键
，中子数不同。
15
• (3)同位素：同一元素不同核素之间的互称。 ①决定同位素的因素是：质子数相同，中子 数不同。②原子种类＞元素种类。③同位素 原子间物理性质不同，化学性质基本相同。 ④元素、核素、同位素可以用图表示为：
16
• 6.原子核外电子的排布规律 • (1)核外电子总是尽先排布在能量最低的
• C.离子化合物中只含离子键
• D.共价化合物中不含离子键
30
•
从化学键类型及化合物分类可知
：凡含有离子键的化合物不管是否含有共
价键，一定属于离子化合物。在离子化合
物中可能不含共价键，如NaCl；也可能含
有共价键，如NaOH、CH3COONa。而共 价化合物中不可能含有离子键，不是所有
的金属和非金属化合都形成离子键，只有
5
• 2.前18号元素原子结构的特殊性
•
(1)原子核中无中子的是11H 。
• (2)最外层电子数等于次外层电子数的元
素 元 层有素数BHe、2有、倍BA的er、元H，A素el最、有外C、；层S最电外子层数电等。子于数电等子于层电数子的
6
• 3.特殊粒子
• (1)10电子微粒
•
分子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4;阳
欧元硬币并具有一个统一的硬币正 面和一个体现国家特征的硬币反面。
物质结构基础知识精品课件(共59页)62页PPT
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
物质结构基础知识精品课件(共59页)
41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无ห้องสมุดไป่ตู้眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
第一章物质结构基础
第二讲
1.1 原子结构理论
历史的回顾
Dalton原子学说 (1808年) Thomson“葡萄干-布丁” 模型 (1897年) Rutherford核式模型 (1911年) Bohr电子分层排布模型 (1913年) 量子力学模型(1926年)
34
第二讲
1.1 原子结构理论
电子的波粒二象性
众所周知，光既是一种电磁波又是光子流，既具有波 动性又具有粒子性，即具有波粒二象性。 光的波动性：光的干涉和衍射
研究生课程 本科生课程
大学化学/College Chemistry
邱燕璇
主要内容
绪论 物质结构基础
化学反应热力学基础与化学平衡 溶液中的化学平衡
氧化还原反应与电化学基础 单质、无机化合物及材料 有机化合物 氢和氢能源
2
第二讲 物质结构基础
3
化学反应的本质
反应物分子之间原子的重新组合 如： H2 + Cl2 → 2HCl
垒球 子弹
2.3×10-25
2.0×10-1 1.0×10-2
2.4×102
30 1.0×103
12
1.1×10-22 6.6×10-23
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第二讲
1.1 原子结构理论
电子的波动性 晶片光栅 衍射图象
定向电子射线
1927年，戴维森Davisson等人的电子衍射实验有力地证明了电 子具有波动性，证实了德布罗意的假设。 实物粒子的波动性是大量粒子统计行为形成的结果，是在统计 规律上呈现出的波动性，又称为概率波。
r = a0 n2 a0 = 52.9pm
1pm = 10-12m
29
第二讲
1.1 原子结构理论
能 级
浙大普通化学第五章 物质结构基础
hv = mc2 = mcv
所以
= h / mc = h / p
式中，c 为光速, h为普朗克常数， h =6.62610-34J·sˉ1 ， p 为光子的动量。
光具有动量和波长，也即光具有波粒二象性。
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5
2. 微观粒子的波粒二象性
光的波、粒二象性揭示了光被人们忽略的另一面，反之， 粒子是否也具有被忽视的另一面，即波动性质呢？
第5章
物质结构基础
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1
本章学习要求
1. 了解原子核外电子运动的基本特征，明确量子数 的取值规律，了解原子轨道和电子云的空间分布。 2. 掌握核外电子排布的一般规律及其与元素周期表 的关系。 3. 了解化学键的本质及键参数的意义。 4. 了解杂化轨道理论的要点，能应用该理论判断常 见分子的空间构型、极性等。
l=p
不同时，可以
n =3
l=s
发生能级交错
的现象。
n =2
n =1
l 相同时
n 相同时
图5-11 不同量子数的原子轨道能级
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图5.9 原子轨道的能量与原子序数的关系
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5.2.2 核外电子分布原理与方式
原子核外电子的分布要服从以下规则： 泡里不相容原理 能量最低原理 洪德规则
氢原子的波函数如下(其中2px和2py由ψ(2,1,-1)和ψ(2,1,1)线性组合而成)。
n,l,m 轨道 ψ(r, θ, φ)
R(r)
Y(θ, φ)
1,0,0 1s
2,0,0 2s
2,1,0 2pz
2px 2,1,±1
普通化学_物质结构基础
1s 2s 2pz 2px 2py
1s 轨道 2s 轨道 2pz轨道 2px轨道 2py轨道
14
n=3,4,5, „可依次类推。
（2）波函数或原子轨道的图形
15
16
17
φ(r,θ,φ)=R(r)Y(θ,φ)
18
3 量子数的物理意义
⑴ 量子数的取值和符号 n l m (主量子数) (角量子数) (磁量子数） 1.2.3.…∞ 0.1.2.…(n-1) 0±1±2..±l K.L.M.N s.p.d.f
1s、2s、2p电子云 径向分布图
27
5.3 多电子原子的电子分布方式与周期 系
在已发现的 112 种元素中，除氢以外，都属于
多电子原子。多电子原子除电子与核的作用势能外，
还存在电子之间的作用势能，因此使得多电子原子 体系的势能部分的表达非常复杂，现有的数学方法 还只能精确求解氢原子和类氢离子体系（核外只有 一个电子，如He+等）的薛定谔方程。 多电子原子体系可以得到薛定谔方程的近似解，过 程十分复杂，本节只介绍其结果的应用。
35
多电子原子轨道能级：多电子原子中各轨道能量 的高低除与 n 和 l 值有关外，还与电子之间的相互 作用能有关，鲍林(L．Pauling)根据他对原子结构的 研究结果，提出了多电子原子轨道的能级高低顺序为：
1s；2s，2p；3s，3p；4s，3d，4p；5s，4d，
(3)统计性。电子的波性是大量 电子(或少量电子的大量) 行为的统计结果。 所以:物质波是统计波。
8
电子衍射实验示意图
晶片光栅 定向电子射线
衍射图象
9
2 波函数与原子轨道
对于电子波，薛定谔给出一个波动方程:
其中， 为波动函数，是空间坐标x、y、z 的函数。 E 为核外电子总能量，V 为核外电子的势能，h 为普 朗克常数，m 为电子的质量。 解此方程可得：①系统的能量E ；波函数ψ。 ψ是描述电子运动状态的数学函数式。
普通化学-物质结构基础
2 3 4 5 6 7
9
例5.1 碳原子(1s22s22p2)的两个p电子在三个能量相同的2p轨道上如何分布？
例5.2 写出Z=24的铬元素的电子排布式
思考：29号元素的的电子排布式如何？
1s22s22p63s23p63d104s1
外层电子的排布式，称为特征电子构型
P207-8
例5.3 写出26Fe原子的核外电子分布式和特征电子构型以及Fe3+离子的特征电子构型。
(3) 磁量子数 m：原子轨道空间取向
m 的取值: m = 0,1,2,· · · l, 共可取2l + 1个值
确定原子轨道的伸展方向
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P205-2、3、4题
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6
(4) 自旋量子数ms
用波函数Ψn,l,m描述原子中电子的运动, 习惯上称为轨道运动,它由n, l, m三个量子 数所规定,电子还有自旋运动，因而产生磁 矩，电子自旋磁矩只有两个方向。因此， 自旋量子数的取值仅有两个，分别为+1/2 和-1/2，也常形象地表示为 和 。
sp2杂化轨道成键特征：
三个键处在同一个平面上， 键角为120°。
sp2杂化轨道例子
BX3, AlCl3, H2C=Cபைடு நூலகம்2
Cl Cl B Cl
附图5.15 sp2杂化轨道
H C H C
H H
BCl3和CH2CH2的空间构型
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19
杂化轨道的应用(续)
等性sp3杂化
甲烷分子中C原子的一个s轨道和3个p轨道可以进行sp3杂化， 形成4个等性sp3杂化轨道。4个轨道间的夹角为109º 28'。每 个键中，s成分占1/4，p成分占3/4。
化学知识结构框图(超详细)!
化学知识结构框图(超详细)!第一部分基本理论基本概念质子和中子是构成原子核的基本粒子。
物质结构指的是物质的构成方式，包括原子的相对原子质量、原同位素、质子数等概念。
原子的相对原子质量可以近似看作其质量数，同位素的相对原子质量和丰度也是物质结构的重要概念。
原子的结构包括核和核外电子。
电子排布规律包括能量最低原理、保里不相容原理和洪特规则，可以用结构示意图、电子式、电子排布式和轨道表示式等形式表现。
化学键是化合物形成的基础。
极性共价键和非极性共价键是常见的两种共价键类型。
离子键和金属键也是化合物中常见的键类型。
晶体结构包括分子晶体、离子晶体、原子晶体和金属晶体。
元素周期律是元素周期性变化的规律。
周期表的结构包括短周期、周期长周期和不完全周期。
元素周期律可以用来预测元素的性质，如农药、半导体、合金、催化剂、光电管等应用。
化学反应速率是指化学反应中物质消失或生成的速度。
它可以用平均速率来表示，受内因、温度等多种因素影响。
化反应中，元素守恒和电荷守恒都得到满足，但能量高的物质生成能量低的物质的作用更大，因此反应发生。
化学反应是化学变化的过程，可以分为不同类型的反应。
其中，分解反应是一种将一种物质分解成两种或更多种物质的反应，化合反应是两种或更多种物质结合成一种物质的反应，氧化还原反应是指物质的氧化产生电子，还原则是指物质的还原接受电子。
离子反应是指离子之间的反应，包括置换反应和复分解反应。
在化学反应中，有一些规律需要遵守。
电荷守恒规律指的是反应前后电荷总量不变，元素守恒规律指的是反应前后元素总量不变，溶解度规律指的是溶解度较大的物质生成溶解度较小的物质，强弱规律指的是能量高的物质生成能量低的物质。
在实际应用中，需要根据具体情况确定哪种规律影响更大，以此决定反应的发生。
氧化还原反应是一种特殊的化学反应，涉及到还原剂和氧化剂的作用。
还原剂具有还原性，可以引起氧化反应，被氧化的物质叫做还原剂。
氧化剂具有氧化性，可以引起还原反应，被还原的物质叫做氧化剂。
普通化学_第五章_物质结构基础
（4）四个量子数——确定电子运动状态 ψ(n 例: ψ(2,1,0,1/2)
n = 2 ；第二电子层 l = 1 ；2p 能级，其电子云呈亚铃形。 m = 0 ；2pz 轨道，沿z轴取向。
ms = +1/2；电子顺时针方向自旋
*按四个量子数间的关系，可以确定每一电 子层中可能存在的电子运动状态数。
例如：一个电子m =9.11×10-11g υ=106m.s-1
按德布洛依关系此电子 λ=727pm
1927年，毕柏曼等人 进行的电子衍射实验， 证实电子具有波动性。
电子束通过金属箔， 弯曲传播的现象
6
(1pm=10-12m)
此λ值与x-射线的相同。 电子衍射实验证实了 德布洛依波的存在。
③统计性 电子的波性是大量电子 (或少量电子的大量) 行为的统计结果。
n
n
（3）微观粒子的波、粒二象性
核外电子运动的特殊性
质量极小，速度极大的电子，其运动完 即：E=-1312/n2kJ· mol-1
全不同于宏观物体,不遵守经典力学规律
2 即 : r=a n 0 ①量子化特征：包括能量量子化
“半径”量子化。 ②波-粒二象性：
德布洛依提出：电子具有波粒二象性。
5
h h λ 德布洛依关系式： （5.1） p m 这种实物粒子的波称物质波又称德布洛依波。
l = 2; m= -2, -1, 0, 1, 2；3d轨道 （ l：轨道种类）（ m：轨道个数）
数取值规定与含义
(1) 主量子数 n—决定电子云离核的平均距离 n=1, 2, 3,…… (2) 角量子数l —描述电子云的形状 l =0,1, 2, 3,… (n-1) (3) 磁量子数m—描述电子云的伸展方向
普通化学教案(1) 物质结构基础
第一章：物质结构基础Chapter 1：Structure of substance第一节：原子结构本节教学目的要求：只是核外电子的运动状态发生变化。
因此，要说明化学反应的本质，了解物质的性质与结构的关系，推测新化合物合成的可能性，就必须了解原子结构，特别是原子的电子层结构。
一、原子结构理论的发展概况1、道尔顿（John Dalton ）的原子论——物质由原子构成，原子不可再分。
2、原子的含核模型1911年，卢瑟福通过α粒子散射实验认为：原子的中心有一个带正电的原子核，电子在它的周围旋转，原子中绝大部分是空的。
电子的质量极小（质子的1／1836），原子的质量主要集中在原子核上，由质子数和中子数决定，原子是电中性的。
核外电子数＝核内质子数＝核外电子数＝原子序数 质量数（A ）＝质子数（Z ）＋中子数（N ）原子核 质子 Z其关系为：原子X AZ中子 A-Z核外电子 Z3、原子结构的玻尔模型玻尔提出原子中的电子能量也是不连续的、量子化的。
并假设： （1）定态假设 原子中电子在固定轨道上旋转，不吸收能量。
（2）能级的概念 原子在不同轨道上旋转时，有不同的能量（能级）。
2n BE -= 式中 n ——量子数，1，2，3……；B ——2.18×10－18J基态：能量最低状态，如氢原子n ＝1的状态。
激发态：能量较高状态，如氢原子n ＝，3，4……的状态。
（3）跃迁时有能量放出或吸收 νh E E E =∆=-12， 式中 h ——普朗克常数，h ＝6.626×10－34J·s ；ν——辐射能的频率，s －1；E ——辐射能，J 。
在氢原子光谱中，电子从n ＝3，4，5，6，7跃迁回到n ＝2时，放出可见光中的五条光谱（其波长为λ＝C ／ν，C ＝3×108m ／s ），即H α（656.3）、青H β（486.1）、蓝H γ（434.0）、紫H δ（410.2）、紫H ε（390.0）。
普通化学第五章-物质结构基础
p
ns2np1~6
ⅢA~ ⅦA族，零族
d
(n-1)d 1~9 ns 1~2
ⅢB~ ⅦB族， Ⅷ族
ds
(n-1)d 1~9 ns2
f
(n-2)f 0~14 (n-1)d 0~2 ns2
ⅠB、ⅡB族 镧系、锕系元素
例：写出第17、26、29和33号元素的核外电子 分布式，标明价层电子构型，并指出它们在周期表中 的位置（周期、族、区），元素符号和元素名称。
原子轨道能级由低到高的顺序为：
1s；2s，2p；3s，3p；4s，3d，4p；5s，4d，5p，
6s，4f，5d，6p；7s，5f，6d，7p；……
核外电子填充顺序
5.2.2 核外电子分布原理和核外电子分布方式
1. 核外电子分布的三个原理 泡利不相容原理：一个原子中不可能有四个量子数
完全相同的两个电子。
(
2
x 2
2
y 2
2
z 2
)
8 2m
h2
(
E
V
)
0
Ψ称为波函数，是薛定谔方程的解。它不是 一个具体的数，而是用空间坐标描述波的数学函 数式。
在量子力学中，波函数和原子轨道含义相同。 在求解薛定谔方程过程中，可以自然导出主量子数 n、角量子数 l 和磁量子数 m。这三个量子数的组合可 以表达出波函数（或原子轨道）的状态。
dxy、dyz、dxz、dx2-y2、dz2
（4）自旋量子数 ms • ms = ± ，表示电子的两种自旋状态，
常用“↑”或“↓”表示。 • 自旋反平行 ——“↑↓”或“↓↑” • 自旋平行 ——“↑↑”或“↓↓”
2. 波函数（原子轨道）的角度分布图
原子中电子运动状态的波函 数常以球坐标表示。