普通化学知识点总结(全)

普通化学复习资料

3.1物质的结构与物质的状态

3.1.1原子结构

1．核外电子的运动特性

核外电子运动具有能量量子化、波粒二象性和统计性的特征，不能用经典的牛顿力学来描述核外电子的运动状态。2．核外电子的运动规律的描述

由于微观粒子具有波的特性，所以在量子力学中用波函数Ψ来描述核外电子的运动状态，以代替经典力学中的原子轨道概念。

(1)波函数Ψ(原子轨道)：用空间坐标来描写波的数学函数式,以表征原子中电子的运动状态。

一个确定的波函数Ψ，称为一个原子轨道。

(2)概率密度（几率密度）：Ψ2表示微观粒子在空间某位置单位体积内出现的概率即概率密度。

(3)电子云：用黑点疏密的程度描述原子核外电子出现的概率密度(Ψ2)分布规律的图形。黑点较密的地方,表示电子出现的概率密度较大,单位体积内电子出现的机会较多。(4)四个量子数:波函数Ψ由n.l.m三个量子数决定，三个量子数取值相互制约：

1)主量子数n的物理意义：

n的取值：n=1,2,3，4……∞ ,

意义：表示核外的电子层数并确定电子到核的平均距

离；确定单电子原子的电子运动的能量。

n = 1，2，3，4, ……∞，对应于电子层K，L，M，N, ···

具有相同n值的原子轨道称为处于同一电子层。

2)角量子数ι:

ι的取值：受n的限制，ι= 0,1,2……n-1 (n个)。

意义：表示亚层，确定原子轨道的形状；对于多电子原

子，与n共同确定原子轨道的能量。…

ι的取值： 1 ， 2 ， 3 ， 4

电子亚层：s, p, d, f……

轨道形状：球形纺锤形梅花形复杂

图3－1

3)磁量子数m:

m的取值：受ι的限制， m=0 ,±1,±2……±ι(2ι+1个) 。

意义：确定原子轨道的空间取向。

ι=0， m=0， s轨道空间取向为1；

ι=1, m=0 ,±1， p轨道空间取向为3；

ι=2, m=0 ,±1,±2 , d轨道空间取向为5；

……

n ，ι相同的轨道称为等价轨道。

s 轨道有1个等价轨道，表示为：

p 轨道有3个等价轨道，表示为：

d 轨道有5个等价轨道，表示为：

……

一个原子轨道是指n 、ι、m 三种量子数都具有一定数值时的一个波函数Ψ（n,ι,m ），例如Ψ(1,0,0)代表基态氢原子的波函数。

n 、ι、m 取值合理才能确定一个存在的波函数，亦即确定电子运动的一个轨道。

n 、ι、m 的取值与波函数： n=1(1个), ι=0,m=0, Ψ(1,0,0)

n=2（4个）, ι={(2,1,-1)

(2,1,1),(2,1,0),(2,0,0)

,,

1,00,,

10ψψψψ±==m m

n=3(9个), ι={)

2,2,3(),2,2,3()

1,2,3()1,2,3()0,2,3()1,1,3(),1,1,3(),0,1,3()

0,0,3(2,1,01,00,,

,

210-ψψ-ψψψ-ψψψψ±±=±==m m m

n=4(16个)

……

波函数Ψ数目＝n 2

在一个确定的原子轨道下，电子自身还有两种不同的运动状态，这由m S 确定. 4)自旋量子数m s ：

m s 的取值：m s ={2

121

-+

意义：代表电子自身两种不同的运动状态(习惯以顺、逆自旋两个方向形容这两种不同的运动状态,可用↑↑ 表示自旋平行,↑↓表示自旋反平行。

这样n 、ι、m 、m S 四个量子数确定电子的一个完整的运动状态,以Ψ（n,ι,m, m S ）表示。

例：Ψ(1,0,0,+2

1),Ψ(1,0,0,-2

1) ，Ψ(2,1,1,+2

1) ，

Ψ(2,1,1, -2

1) 等等。

3.原子核外电子分布三原则

（1）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.

因为同一个轨道的电子，n 、ι、m 三个量子数已相同，第四个量子数

m s ={2

121

-+

必不相同 由此可得出:一个原子轨道中最多能容纳自旋方向相反的两个电子。表示为：

根据每层有n 2

个轨道，每个轨道最多能容纳两个电子，由此可得出每一层电子的最大容量为2 n 2

。

（2）最低能量原理：电子总是尽先占据能量最低的轨道。

电子依据轨道近似能级图由低到高依次排布。轨道近似能级图为:

7s……

6s 4f 5d 6p 5s 4d 5p 4s 3d 4p 3s 3p 2s 2p 1s

（3）洪特规则：在n 和ι值都相同的等价轨道中，电子总是尽可能分占各个轨道且自旋平行。 如2p 3:

洪特规则特例：当电子的分布处于全充满、半充满或全空时，比较稳定。

全充满: p 6

或d 10

或f 14

↑ ↑ ↑

半充满: p 3或d 5或f 7

全空: p 0

或d 0

或f 0

例如, 24Cr 1S 2

2S 2

2P 6

3S 2

3P 6

3d 5

4S 1

, 半充满比较稳定。

29

Ｃu 1S 22S 22P 63S 23P 63d 104S 1, 全充满比较稳定。

(4)核外电子分布式：

原子的核外 原子的 离子的核外 离子的

电子分布式 外层电子分布式 电子分布式 外层电子分布式

（价电子构型）

Na 111s

2

2s 22p 63s

1

3s 1

Na +:1s 22s 22p 6

2s 22p 6

S

16

1s 22s 22p 63s 23p

4

3s 23p

4

S 2-

:1s 2

2s 2

2p 6

3s 2

3p 6

3s 23p 6

Fe

26

1s 22s 22p 6

3s 23p 6

3d 6

4S

2

3d 64s

2

Fe 3+

:1s 2

2s 2

2p 6

3s 2

3p 6

3d

5

3s 2

3p 6

3d

5

24Cr 1S 2

2S 2

2P 6

3S 2

3P 6

3d 54S 1 3d 54S 1 24Cr 3

＋

:1S 2

2S 2

2P 6

3S 2

3P 6

3d

3

3S 23P 63d 3

29Ｃu 1S 2

2S 2

2P 6

3S 2

3P 6

3d 10

4S 1

3d 10

4S 1

29Ｃu

2

＋

:1S 22S 22P 63S 23P 63d

9

3S 23P 63d 9

根据电子的排布，还可判断出轨道中未成对电子的数目。 例：根据Fe 原子的价电子构型3d 6

4s

2

，判断其轨道图中，