普通化学第五章-物质结构基础
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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
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汇报人：XX
表面张力：液体表面抵抗变 形的能力
《物质结构基础》课件
《物质结构基础》PPT课 件
探索物质结构的奥秘！这份PPT课件将引领你深入了解物质的基本概念、原子 结构、分子结构、晶体结构和材料结构等内容。
第一部分：基本概念
物质的定义
了解物质的本质和特征，探究物质的组成和性质。
物质分类
掌握物质分类的基本方法，了解物质分类对认知和应用的指导作用。
元素和化合物
学习元素和化合物的基本概念，认识元素和化合物在真实世界中的重要性。
分子运动
揭示分子在不同条件下的运 动规律，探索分子运动与物 质特性之间的关系。
范德瓦尔斯力和化学键
了解范德瓦尔斯力和化学键 的形成原理，掌握分子间力 的作用机制。
第四部分：晶体结构
晶体的定义
认识晶体的结构和特征，探索晶 体在自然和工业中的广泛应用。
晶体结构类型
学习不同晶体结构类型的特征和 分类方法，了解晶体结构对物质 性质的影响。
2 物质结构和性质的关系
探索物质结构与物质性质之间的关联，拓宽对材料科学的认识。
3 结构在不同条件下的演化
了解结构在温度、压力等条件变化下的演化规律，探索结构相变的奥秘。
第六部分：结构分析方法
1
X射线衍射
探究X射线衍射技术的原理和应用，了解其在物质结构分析中的重要性。 Nhomakorabea2
内禀有序分析
学习内禀有序分析方法，揭示物质的微观有序性对宏观性质的影响。
3
热分析方法
了解热分析方法在物质结构分析中的应用，掌握基本的热分析原理和仪器。
第七部分：结构演化
1 练习题与答案解析
通过练习题和答案解析，巩固对物质结构的理解和应用。
第二部分：原子结构
1
原子的历史发展
探索原子结构的历史演进，了解科学家对原子认知的里程碑。
探索物质结构的奥秘！这份PPT课件将引领你深入了解物质的基本概念、原子 结构、分子结构、晶体结构和材料结构等内容。
第一部分：基本概念
物质的定义
了解物质的本质和特征，探究物质的组成和性质。
物质分类
掌握物质分类的基本方法，了解物质分类对认知和应用的指导作用。
元素和化合物
学习元素和化合物的基本概念，认识元素和化合物在真实世界中的重要性。
分子运动
揭示分子在不同条件下的运 动规律，探索分子运动与物 质特性之间的关系。
范德瓦尔斯力和化学键
了解范德瓦尔斯力和化学键 的形成原理，掌握分子间力 的作用机制。
第四部分：晶体结构
晶体的定义
认识晶体的结构和特征，探索晶 体在自然和工业中的广泛应用。
晶体结构类型
学习不同晶体结构类型的特征和 分类方法，了解晶体结构对物质 性质的影响。
2 物质结构和性质的关系
探索物质结构与物质性质之间的关联，拓宽对材料科学的认识。
3 结构在不同条件下的演化
了解结构在温度、压力等条件变化下的演化规律，探索结构相变的奥秘。
第六部分：结构分析方法
1
X射线衍射
探究X射线衍射技术的原理和应用，了解其在物质结构分析中的重要性。 Nhomakorabea2
内禀有序分析
学习内禀有序分析方法，揭示物质的微观有序性对宏观性质的影响。
3
热分析方法
了解热分析方法在物质结构分析中的应用，掌握基本的热分析原理和仪器。
第七部分：结构演化
1 练习题与答案解析
通过练习题和答案解析，巩固对物质结构的理解和应用。
第二部分：原子结构
1
原子的历史发展
探索原子结构的历史演进，了解科学家对原子认知的里程碑。
普通化学答案
第五章物质结构基础课后部分习题答案8.写出下列各种离子的外层电子分布式，并指出它们各属于何种外层电子构型。
2+2+2++2-2+4+12.试写出下列各化合物分子的空间构型，成键时中心原子的杂化轨道类型分子的电偶极矩。
（1）SiH4正四面体 SP 3μ=0（1）H2S V字型不等性SP 3 μ≠0（3）BCl3平面三角形 SP 2μ=0（4）BaCl2 直线 SP μ=0（5）PH3 三角锥不等性SP 3 μ≠014.下列各物质的分子之间，分别存在何种类型的作用力？（1）H2 色散力（2）SiH4 色散力（3）CH3COOH 色散力+诱导力+取向力+氢键（4）CCl4 色散力（5）HCHO 色散力+诱导力+取向力18.判断下列各组物质熔点的高低，并解释说明（1）SiF4<SiCl4<SiBr4<SiI4因为晶体中分子量增大，色散力增大，所以沸点升高。
（2）PI3>PBr3>PCl3>PF3道理同上。
19.试判断下列各种物质各属何种晶体类型以及格点上微粒间的作用力，写出熔点由高到低的顺序。
（1）KI (2)SiC (3)HI (4)BaO练习题一、选择题1、下列有关电子运动状态的描述，正确的是：（）A. s电子绕核作圆周运动B. 原子中电子的运动状态可以用四个量子数确定C. p 电子绕核走“8”字D. 电子在固定的轨道上不停地自旋 2、核外电子运动的特征是：（ ）A. 绕核高速旋转B. 具有无穷大的动能C. 有确定的运转轨道D. 具有波粒二象性 3、近代原子结构理论中的原子轨道是指：（ ）A. 电子绕核运动的轨迹B. 波函的平方2||ψ C. 电子云 D. 波函数ψ4、主量子数为3的电子层中：（ ）A. 只有s 和p 轨道B. 只有s 、p 和d 轨道C. 只有s 轨道D. 有s 、p 、d 和f 轨道 5、下列各组量子数取值合理的是：（ ）A. n=2 l =1 m=0 m s =0B. n=7 l =1 m=0 m s =+21C. n=3 l =3 m=2 m s =－21 D. n=3 l =2 m=3 m s =－21 6、钠原子1s 轨道能级E 1s,Na 与氢原子1s 轨道能级E 1s,H 的相对高低为：（ ）A. E 1s,Na =E 1s,HB. E 1s,Na ＜E 1s,HC. E 1s,Na ＞E 1s,HD. 无法比较 7、下列用量子数描述的、可以容纳电子数最多的电子亚层是：（ ）A. n=2,l =1B. n=3,l =2C. n=4,l =3D. n=5,l =0 8、决定多电子原子系统原子轨道能级大小的量子数是：（ ）A. n 和mB. l 和mC. n 和m sD. n 和l 9、屏蔽效应所起作用是：（ ）A. 对核电荷的增强作用B. 对核电荷的抵消作用C. 正负离子间的吸引作用D. 电子层的排斥作用二、填空题1、波函数ψ是描述 数学函数式，它和 是同义词，|ψ|2的物理意义是 ，电子云是 的形象化表示。
普通化学课件第五章原子结构与周期系
到十九世纪末，随着科学技术的发展，发现了电子， 英国的汤姆逊(Thomson)和美国的密立根(Milikan R.A) 分别于1897年和1909年用实验确定了电子的电荷和质量。 修正了原子不可再分的观念。围绕着原子和电子的构成 关系以及电子在核外如何运动等问题，1903年，汤姆逊 提出了它的关于原子结构 的“蛋糕”模型，认为原子 是由均匀分布的正电球体及沉浸在其中的电子组成就像 葡萄子均匀的嵌在蛋糕上一样。
普通化学课件第五章原子结构与周期 系
第五章 原子结构和周期系
(Atomic Structure and the periodic table)
（引言）物质结构的研究对于化学乃至整个自然 科学的研究来说，相当于基石的作用。因为结构决 定性质，只有深入了解物质的深层结构，才有可能 深入把握物质的性质及其变化规律。
量 子 化— 学化 学 键 （ 化 学 反 应 中
物
质
结
构 结
构
电子运动状态的变化 化— 学分 子 和 晶 体 的 结 构 、
）
结构与性能之间的关系
原子结构理论发展简史： 道尔顿（英）——1803.原子论
“近代化学之父”
汤姆逊（英）——1897.发现电子。“蛋糕”模型 1906.获Nobel奖
卢瑟福——1911.“行星式模型” 解释了散射现 象
Planck常数）。一束单色光，有n个光子，具有的能
量E = n·h（nN，Einstein光子学说）。
§5.1 氢原子光谱和玻尔理论
(Spectrum of the hydrogen atom and Bohr’s model )
一、氢原子光谱(Spectrum of the hydrogen atom)
爱因斯坦的光子学说
普通化学课件第五章原子结构与周期 系
第五章 原子结构和周期系
(Atomic Structure and the periodic table)
（引言）物质结构的研究对于化学乃至整个自然 科学的研究来说，相当于基石的作用。因为结构决 定性质，只有深入了解物质的深层结构，才有可能 深入把握物质的性质及其变化规律。
量 子 化— 学化 学 键 （ 化 学 反 应 中
物
质
结
构 结
构
电子运动状态的变化 化— 学分 子 和 晶 体 的 结 构 、
）
结构与性能之间的关系
原子结构理论发展简史： 道尔顿（英）——1803.原子论
“近代化学之父”
汤姆逊（英）——1897.发现电子。“蛋糕”模型 1906.获Nobel奖
卢瑟福——1911.“行星式模型” 解释了散射现 象
Planck常数）。一束单色光，有n个光子，具有的能
量E = n·h（nN，Einstein光子学说）。
§5.1 氢原子光谱和玻尔理论
(Spectrum of the hydrogen atom and Bohr’s model )
一、氢原子光谱(Spectrum of the hydrogen atom)
爱因斯坦的光子学说
物质结构基础知识 人教课标版精选教学PPT课件
• 续表
晶体 类型
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体 （不要求）
物导 理电 性情 质况
晶体不导 电；能溶 于水的其 水溶液导 电；熔化 导电
有 如 体 金 电的 硅 ， 刚S能是石iO导半不2导导电、，晶溶电水电导体于离溶；电不水的液熔导后，可化能其导不电，晶 熔体 化导 导电 电；
氯化钠、 金刚石、晶 实例 氢氧化钠、 体硅、二氧
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11 H 。
• (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
32
•
（考查核外电子排布规律和化
学键知识的综合运用）元素A和元素B的原
子序数均小于18，已知A元素原子的最外
层电子数为a，次外层电子数为b，B元素
原子的M层电子数为(a-b)，L层电子数为
(为a+b)，则氧A，元(或两素O种为) 元素形成的，化硅B元学(或素键Si为)
键。
共价
33
•
当M层有电子时，L层的电子数必
4
电子层序数
1 2 34 5 67
电子层符号
K L MN O PQ
电子层与核的距离 （ 近 ）
（ 远）
电子能量大小
（ 低）
（高）
•
②原子核外各电子层最多容纳2n2 个
电子。
• ③原子最外层电子数目最多不超过8 。
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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24
图5.9 原子轨道的能量与原子序数的关系
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25
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 ppt课件
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。
元素周期表分区
P205-7 207-3
sp3杂化轨道成键特征：
4个键指向正四面体的四个 顶点，键角为109°28'。
例如：
CH4, CX4, C(金刚 石),SiC等。
H
H
CH H
甲烷的空间构型
附图5.16 sp3杂化轨道
杂化轨道的应用(续) P205-11
sp3不等性杂化
氨分子中N原子可以进行sp3杂化形成不等性sp3杂化轨道。
N原子不等性sp3杂化轨道成键特征：
思考：NaCl晶体中钠离子与氯离子之间、金属铜中铜原子与铜原子之间，H2O
中氢原子与氧原子之间各有什么键？ 答：NaCl晶体中钠离子与氯离子之间是离子键；金属铜中铜与铜之间是金 属键，在水中， H2O分子中H原子与O原子之间存在共价键， H2O间存在分 子间作用力和氢键。
共价键的特性 P205-10
键
键
图5.15 s键和p键重叠方式示意图
图5.16 氮分子中三 键示意图
5. 分子轨道理论
当原子形成分子后，电子不再局限于原来的原子轨道， 而是属于整个分子的分子轨道。
分子轨道由组成分子的原子轨道组合产生，组合前后轨道总数不变。 组合前后系统的总能量不变 组合前原子轨道中所有的电子在组合分子轨道中重新分布，分 布法则与电子在原子轨道中的排布类似。
分子的空间构型和杂化轨道理论
2) 杂化轨道的应用
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。
元素周期表分区
P205-7 207-3
sp3杂化轨道成键特征：
4个键指向正四面体的四个 顶点，键角为109°28'。
例如：
CH4, CX4, C(金刚 石),SiC等。
H
H
CH H
甲烷的空间构型
附图5.16 sp3杂化轨道
杂化轨道的应用(续) P205-11
sp3不等性杂化
氨分子中N原子可以进行sp3杂化形成不等性sp3杂化轨道。
N原子不等性sp3杂化轨道成键特征：
思考：NaCl晶体中钠离子与氯离子之间、金属铜中铜原子与铜原子之间，H2O
中氢原子与氧原子之间各有什么键？ 答：NaCl晶体中钠离子与氯离子之间是离子键；金属铜中铜与铜之间是金 属键，在水中， H2O分子中H原子与O原子之间存在共价键， H2O间存在分 子间作用力和氢键。
共价键的特性 P205-10
键
键
图5.15 s键和p键重叠方式示意图
图5.16 氮分子中三 键示意图
5. 分子轨道理论
当原子形成分子后，电子不再局限于原来的原子轨道， 而是属于整个分子的分子轨道。
分子轨道由组成分子的原子轨道组合产生，组合前后轨道总数不变。 组合前后系统的总能量不变 组合前原子轨道中所有的电子在组合分子轨道中重新分布，分 布法则与电子在原子轨道中的排布类似。
分子的空间构型和杂化轨道理论
2) 杂化轨道的应用
第5章 物质结构基础《普通化学》(第五版)
2
x 2
2
y 2
2
z 2
8 2m
h2
(E
V
)
0
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。
波函数
z
变换为球面坐标：
x = r sinθ cos φ y = r sin θ sin φ z = r cos θ
(n+0.7l) 1.x 2.x 3.x 4.x 5.x 6.x 7.x
能级组 1 2 3 4 5 6 7
能级组中的原子轨道 元素数目 周期数
1s
2
1
2s2p
8
2
3s3p
第5章
物质结构基础
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。
5 了解分子间作用力以及晶体结构与物质物理性 质的关系。
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？
德·布罗意(de ·Broglie)提出微观粒子也具有波的 性质，并假设：
= h / mv
式中， 为粒子波的波长；v为粒子的速率，m为粒子
的质量
电子衍射实验示意图
1927年，粒子波的假设被电子衍射实验所证实。
氢原子的1s轨道：角度部分为 1/ 4 ，是一个与角度无关 的常数，其图像是一个半径为 1/ 4 的球面。
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 第五章 物质结构基础
即角度函数Y(θ ,φ ) θ ，
φ 变化的图象，这种分布 图只与l，m有关，而与n无 关，如图5.2所示。
图5.2
普通化学
原子轨道角度分布图
5.1.6 概率密度和电子云
1．电子云
图5.3氢原子的1s电子云示意图
普通化学
5.1.6 概率密度和电子云
2.概率密度与电子云
z y x s z z z
y x px 小
（5.5）
2．波函数和原子轨道
2 2 m e4 Z 2 Z2 En 13.6 2 eV 2 2 n h n
（5.6）
普通化学
5.1.4 四个量子数
1．主量子数n 2．角量子数l 3．磁量子数m 4．自旋量子数ms
普通化学
5.1.5 波函数的角度分布
角度分布图是将波函数的 径向部分视为常量来考虑 不同方位上ψ 的相对大小，
N 3.0 P 2.1 As 2.0 Sb 1.9 Bi 1.9
O 3.5 S 2.5 Se 2.4 Te 2.1 Po 2.0
F 4.0 Cl 3.0 Br 2.8 I 2.5 At 2.2
普通化学
5.2 化学键
1
离子键理论 共价键理论 键参数
2
3
普通化学
5.2.1 离子键理论
1. 离子键的形成过程 2. 离子键的形成条件 3. 离子键具有以下特点
表5.3 H 37 Li Be 152 111 Na Mg 186 160 K Ca Sc Ti V 227 197 161 145 132 Rb Sr Y Zr Nb 248 215 181 160 143 Cs Ba Lu Hf Ta 265 217 173 159 143
普通化学
普通化学第五章优秀课件
一、波粒二象性
二十世纪初，人们就认识到光具有波粒二 象性：波动性—λ、v；粒子性—E、p。
E hv p h
1924年，法国物理学家德布罗依认为，既然 光具有粒子性，那么微观的实物粒子如质子、电 子等也可以具有波动性，其波长也可以表示为：
λ h h ——德布罗依公式
pபைடு நூலகம்m
m—电子质量 h—普朗克常数
p—电子动量 —电子速度 根据这一公式，可以算出电子的波长：
9 .1 6 1 .6 0 2 6 3 1 k 1 g 0 1 3 4 0 J 6m ss-1 7 .3 1 0 1 0 0 .7 3 n m
这相当于x射线的波长范围。1927年，美国科 学家Davison等人，进行电子衍射实验(electron diffraction)，得到的衍射图与x射线的衍射图完 全一致，证明了德布罗依的预言。后来，又陆续 证明了质子、中子、原子等实物粒子都具有波粒 二象性。
因为
2.1791018
E
n2
所以谱线频率
E E2 E1
hh
h 1(2.1n 7 2 2 1 9 0 18 2.1n 7 1 21 9 0 18 )
2.1791018 1 1 6.6261034 ( n22 n12 )
3.29
1015
(
1 n12
1 n22
)
玻尔理论成功地解释了氢原子光谱产生的 原因和规律性。他的理论关键在于引入了量子 化的概念，认为电子的运动状态是定态的，不 连续的，所以电子跃迁发射出的原子光谱也是 线状的，不连续的。这条基本思想在现代结构 理论中被保留下来。
§5-1 氢原子光谱和玻尔理论
(Spectrum of hydrogen and Bohr’s theory)
二十世纪初，人们就认识到光具有波粒二 象性：波动性—λ、v；粒子性—E、p。
E hv p h
1924年，法国物理学家德布罗依认为，既然 光具有粒子性，那么微观的实物粒子如质子、电 子等也可以具有波动性，其波长也可以表示为：
λ h h ——德布罗依公式
pபைடு நூலகம்m
m—电子质量 h—普朗克常数
p—电子动量 —电子速度 根据这一公式，可以算出电子的波长：
9 .1 6 1 .6 0 2 6 3 1 k 1 g 0 1 3 4 0 J 6m ss-1 7 .3 1 0 1 0 0 .7 3 n m
这相当于x射线的波长范围。1927年，美国科 学家Davison等人，进行电子衍射实验(electron diffraction)，得到的衍射图与x射线的衍射图完 全一致，证明了德布罗依的预言。后来，又陆续 证明了质子、中子、原子等实物粒子都具有波粒 二象性。
因为
2.1791018
E
n2
所以谱线频率
E E2 E1
hh
h 1(2.1n 7 2 2 1 9 0 18 2.1n 7 1 21 9 0 18 )
2.1791018 1 1 6.6261034 ( n22 n12 )
3.29
1015
(
1 n12
1 n22
)
玻尔理论成功地解释了氢原子光谱产生的 原因和规律性。他的理论关键在于引入了量子 化的概念，认为电子的运动状态是定态的，不 连续的，所以电子跃迁发射出的原子光谱也是 线状的，不连续的。这条基本思想在现代结构 理论中被保留下来。
§5-1 氢原子光谱和玻尔理论
(Spectrum of hydrogen and Bohr’s theory)
普通化学_5
14
2 布拉格方程
以二维晶体为例。设晶体中有两个相同衍射方向的A原 子，处在平行的两个晶面上，晶面相距为d，当一束平 行X-射线照射到这两个原子时，在衍射方向上产生光程 差(如图5.9)，当光程差为入射光波长λ的整数倍时，衍 射光可以加强。
根据衍射理论，得 2dsinθ = nλ
θ θ
d dsinθ 图5.9 衍射示意图
||
||
12
4 空间群
除三斜晶系外，每一个晶系中的晶体可以同时 存在多种对称元素的组合。对称性越高的晶体， 存在的对称性组合就越多。我们把每一种不同 的对称性组合称为一个空间群。在晶体中一共 存在230种不同的空间群。
||
||
13
5.1.2 晶体的衍射条件
1 衍射方向与衍射角 当射线的波长与所经过的狭缝的间距相近时，射线 就会发生衍射。 两原子之间的距离约为1~2Å(Angströ n，埃 1×10ˉ10m)，与此相应的射线是X-射线。因此当X射线通过晶体中两原子间时，会与原子的 电子云作用而发生衍射。衍 射光在某些特定的方向会因 衍射方向 相互干涉而得到加强。这样 入射光 θ 的方向就成为衍射方向。衍 射方向与X-射线的入射方向 图5.8 衍射角 间的夹角称为衍射角。 || ||
事实上， F(h, k, l)是一个非常复杂的复函数，可以表示为：
F (h, k, l ) F (h, k, l ) eia(h,k ,l )
式中，a称为相角，不同的衍射点有不同的相角值。
||
||
18
派特逊函数法和直接法
从图上可以比较容易地得到晶体中所含重原子的位置坐 标，可依此计算各衍射的相角α(h,k,l)，将此α(h,k,l)去与 实验测得的结构振幅|F(h,k,l)|结合生成F(h,k,l)，可据此计 算电子云密度图，可以定出更多原子的位置及修正已有 的原子位置。再利用这些数据重新计算α(h,k,l) 、 F(h,k,l) 及ρ(x,y,z)，如此反复叠代多次推出完整的晶体结构。 直接法是利用结构振幅间的某些统计关系求出衍射相角 的方法。在求出某些衍射的相角α后，把他们去与实验测 得的|F|配合生成F(h,k,l)，进而计算ρ(x,y,z)，从中获得部 分原子的位置，以此修正和扩充已有的相角。
2 布拉格方程
以二维晶体为例。设晶体中有两个相同衍射方向的A原 子，处在平行的两个晶面上，晶面相距为d，当一束平 行X-射线照射到这两个原子时，在衍射方向上产生光程 差(如图5.9)，当光程差为入射光波长λ的整数倍时，衍 射光可以加强。
根据衍射理论，得 2dsinθ = nλ
θ θ
d dsinθ 图5.9 衍射示意图
||
||
12
4 空间群
除三斜晶系外，每一个晶系中的晶体可以同时 存在多种对称元素的组合。对称性越高的晶体， 存在的对称性组合就越多。我们把每一种不同 的对称性组合称为一个空间群。在晶体中一共 存在230种不同的空间群。
||
||
13
5.1.2 晶体的衍射条件
1 衍射方向与衍射角 当射线的波长与所经过的狭缝的间距相近时，射线 就会发生衍射。 两原子之间的距离约为1~2Å(Angströ n，埃 1×10ˉ10m)，与此相应的射线是X-射线。因此当X射线通过晶体中两原子间时，会与原子的 电子云作用而发生衍射。衍 射光在某些特定的方向会因 衍射方向 相互干涉而得到加强。这样 入射光 θ 的方向就成为衍射方向。衍 射方向与X-射线的入射方向 图5.8 衍射角 间的夹角称为衍射角。 || ||
事实上， F(h, k, l)是一个非常复杂的复函数，可以表示为：
F (h, k, l ) F (h, k, l ) eia(h,k ,l )
式中，a称为相角，不同的衍射点有不同的相角值。
||
||
18
派特逊函数法和直接法
从图上可以比较容易地得到晶体中所含重原子的位置坐 标，可依此计算各衍射的相角α(h,k,l)，将此α(h,k,l)去与 实验测得的结构振幅|F(h,k,l)|结合生成F(h,k,l)，可据此计 算电子云密度图，可以定出更多原子的位置及修正已有 的原子位置。再利用这些数据重新计算α(h,k,l) 、 F(h,k,l) 及ρ(x,y,z)，如此反复叠代多次推出完整的晶体结构。 直接法是利用结构振幅间的某些统计关系求出衍射相角 的方法。在求出某些衍射的相角α后，把他们去与实验测 得的|F|配合生成F(h,k,l)，进而计算ρ(x,y,z)，从中获得部 分原子的位置，以此修正和扩充已有的相角。
普通化学第五章-物质结构基础
式中 R（r）表示波函数的径向部分， Y（ θ ，ɸ）表示波函数的角度部分
若将波函数的角 度部分 Y (θ, ɸ ) 随 θ、ɸ 角而变化的规 律以球坐标作图， 可以得到波函数或 原子轨道的角度分 布图。
5.1.2 电子云
1.电子云和概率密度
波函数平方（Ψ2）可反映电子在空间某位置 上单位体积内出现的几率大小，即概率密度。 Ψ2 ∝ ρ
族数 = 最外层 s + 次外层 d 电子数
主族（A） 副族（B） 零族
第8族
8
8 ~ 10
3、区 根据元素原子价层电子构型的不同，可把元素 分为s、p、d、ds 和 f 五个区。 区 s p 原子的价层电子构型 ns1~2 ns2np1~6 包括的元素 ⅠA、ⅡA族 ⅢA~ ⅦA族，零族
d ds
1939年，鲍林（L. Pauling）总结出核外电 子的近似能级图（见P.161图7-14）。 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
22s22p5 F ： 1s 9 22s22p63s23p1 Al ： 1s 13
第四周期
第二周期
第三周期
2、族 根据元素原子最后一个电子填充的亚层轨道 的不同，将元素分为不同的族。
族类
最后一个电子 的填充位置 s 轨道、p 轨道 d 轨道 p 轨道
d 轨道
族数与价层电子数 的关系 族数 = 最外层 s + p 数
第5章 物质结构基础
本章主要内容
氢原子结构的近代概念
多电子原子结构和周期系
若将波函数的角 度部分 Y (θ, ɸ ) 随 θ、ɸ 角而变化的规 律以球坐标作图， 可以得到波函数或 原子轨道的角度分 布图。
5.1.2 电子云
1.电子云和概率密度
波函数平方（Ψ2）可反映电子在空间某位置 上单位体积内出现的几率大小，即概率密度。 Ψ2 ∝ ρ
族数 = 最外层 s + 次外层 d 电子数
主族（A） 副族（B） 零族
第8族
8
8 ~ 10
3、区 根据元素原子价层电子构型的不同，可把元素 分为s、p、d、ds 和 f 五个区。 区 s p 原子的价层电子构型 ns1~2 ns2np1~6 包括的元素 ⅠA、ⅡA族 ⅢA~ ⅦA族，零族
d ds
1939年，鲍林（L. Pauling）总结出核外电 子的近似能级图（见P.161图7-14）。 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
22s22p5 F ： 1s 9 22s22p63s23p1 Al ： 1s 13
第四周期
第二周期
第三周期
2、族 根据元素原子最后一个电子填充的亚层轨道 的不同，将元素分为不同的族。
族类
最后一个电子 的填充位置 s 轨道、p 轨道 d 轨道 p 轨道
d 轨道
族数与价层电子数 的关系 族数 = 最外层 s + p 数
第5章 物质结构基础
本章主要内容
氢原子结构的近代概念
多电子原子结构和周期系
普通化学教学课件 物质结构基础
1、薛定谔方程:
二阶偏微分方程：
222 8m
(x2y2z2)h2 (EV)
式中: 称为波函数, 是核外电子出现区域的函数;
E为原子的总能量;
V为原子核对电子的吸引能( V m为电子的质量;
-
z e 2 );
r2
h为普朗克常数; x、y、z为电子的空间坐标。
a
薛定谔
氢原子的薛定谔方程求解
解薛定谔方程式时,为方便 起见,将直角坐标(x,y,z)变换
在一定轨道中运动的电子具有一定的能量，称 定态。核外电子只能在定态轨道上运动, 且既不吸 收也不辐射能量;不同定态轨道能量不同,且不连续。
a
基态: 通常原子所处的能量最低状态(电子在离核较 近,能量较低轨道上运动)。
激发态:原子中电子处于离核较远,能量较高轨道 上运动的状态。
电子可在不同的定态轨道间跃迁,在这过程中要吸 收或放出一定的辐射能.辐射能的频率ν与两个定态 轨道间能量差E的关系为:
a
1.3 氢原子光谱
在真空管中充入少量 H2 （g），通 过高压放电，氢原子被激发发光， 这些光经过三棱镜分成一系列按波 长大小排列的线状光谱。
特征:
不连续的线状光谱 有规律
Hδ Hγ
Hβ
Hα
410.2 434.0 486.1
656.3
除氢原子外，其他原子也可以产生特征的发射谱线，我们可以 利用原子的特征谱线来鉴定原子的存在。
a
2、电子的波粒二象性
1924 年，法国青年物理学家 de Broglie大胆地 提出电子也具有波粒二象性的假说。并预言：
对于质量为me，运动速率为ν的电子v ，其相应 的波长可由下式给出：
e
h mv
h p
二阶偏微分方程：
222 8m
(x2y2z2)h2 (EV)
式中: 称为波函数, 是核外电子出现区域的函数;
E为原子的总能量;
V为原子核对电子的吸引能( V m为电子的质量;
-
z e 2 );
r2
h为普朗克常数; x、y、z为电子的空间坐标。
a
薛定谔
氢原子的薛定谔方程求解
解薛定谔方程式时,为方便 起见,将直角坐标(x,y,z)变换
在一定轨道中运动的电子具有一定的能量，称 定态。核外电子只能在定态轨道上运动, 且既不吸 收也不辐射能量;不同定态轨道能量不同,且不连续。
a
基态: 通常原子所处的能量最低状态(电子在离核较 近,能量较低轨道上运动)。
激发态:原子中电子处于离核较远,能量较高轨道 上运动的状态。
电子可在不同的定态轨道间跃迁,在这过程中要吸 收或放出一定的辐射能.辐射能的频率ν与两个定态 轨道间能量差E的关系为:
a
1.3 氢原子光谱
在真空管中充入少量 H2 （g），通 过高压放电，氢原子被激发发光， 这些光经过三棱镜分成一系列按波 长大小排列的线状光谱。
特征:
不连续的线状光谱 有规律
Hδ Hγ
Hβ
Hα
410.2 434.0 486.1
656.3
除氢原子外，其他原子也可以产生特征的发射谱线，我们可以 利用原子的特征谱线来鉴定原子的存在。
a
2、电子的波粒二象性
1924 年，法国青年物理学家 de Broglie大胆地 提出电子也具有波粒二象性的假说。并预言：
对于质量为me，运动速率为ν的电子v ，其相应 的波长可由下式给出：
e
h mv
h p
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1 H ： 1s 1 22s22p63s23p1 Al ： 1s 13 22Ti： 22s22p5 F ： 1s 9
1s22s22p63s23pห้องสมุดไป่ตู้3d24s2
22s22p63s23p63d64s2 Fe ： 1s 26 22s22p63s23p63d104s24p3 As ： 1s 33
注意：出现能级交错时，电子分布式的书写顺序 为由内层到外层。
亚 层 m 值 s p d f -3,-2, -1, 0, 1, 2, 3
0 -1, 0, 1 -2, -1, 0, 1,2
轨道数
1
3
5
7
在没有外加磁场的情况下，同一亚层的原子轨 道 ( n, l 相同 ) 能量是相等，这些轨道叫等价轨道 或简并轨道。
5.2 多电子原子的电子分布方式和周期系
5.2.1 多电子原子轨道的能级 当角量子数l相同时，随着主量子数n值的增 大，轨道能量升高。例如：E1S<E2S<E3S等。 当主量子数n相同时，随着角量子数l值的增 大轨道能量升高。例如：Ens<Enp<End<Enf 当主量子数和角量子数都不同时，有时出现 能级交错现象。例如：在某些元素中， E4s<E3d， E5s<E4d
2 2 2 8 2 m ( 2 2 2 ) 2 ( E V ) 0 x y z h
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。
1. 波函数和量子数
（1）主量子数 n
n 是确定电子离核远近和能级的主要参数。 n = 1、2、3、4、… 正整数。 n 值越大，电子离核越远，所处状态的能级越高。
（2）角量子数 l 角量子数确定原子轨道的形状。
l = 0、1、2…（n-1）
当 l = 0， 1 ， 2 ， 3
对应原子轨道为 s，p，d，f
太阳的关系, 却是一幅令人生疑的图像.
根据当时的物理学概念, 带电微粒在 力场中运动时总要产生电磁辐射并逐渐 失去能量, 运动着的电子轨道会越来越小 , 最终将与原子核相撞并导致原子毁灭 . 由于原子毁灭的事实从未发生, 将经典物 理学概念推到前所未有的尴尬境地.
1913年,丹麦科学家玻尔 提出的氢原子结构的
简单基态阳离子的电子分布
研究表明，原子的失电子顺序与电子填充顺序 不完全一致： 基态原子填充顺序：→ns→(n-2)f→(n-1)d→np 价电子失电子顺序：→np→ns→(n-1)d→(n-2)f 或：原子按照三原则填充电子，而按由外到内 的顺序失电子。 例如： Fe2+：1s22s22p63s23p63d6
量子力学模型
假设原子中电子只能以一 固定半径 r 绕原子核作圆周运 动，同时不辐射能量，只有当
电子在不同轨道上发生跃迁时
才能放出或吸收能量。
氢原子的轨道半径r、能量E以及电子从高能态
跃迁至低能态时辐射光的频率ν之间的关系如下：
r =α
E = -
0
n2
1312 n2
kJ•mol-1 1 15 ν = 3.29X10 （ 2 n1
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。
x = r Sinθ Conɸ y = r Sinθ Sinɸ z = r Conθ Ψ（r, θ, ɸ）= R(r)•Y(θ,ɸ)
1 n 值 电子层 K 2 L 3 M 4 N 5 O 6 P 7 Q
（2） 副量子数 l （又称角量子数） l 也表示电子亚层，每一个l 值表示一个亚 层，它与亚层符号有如下对应关系：
l
亚
值
层
0
s 球形
1
p 哑铃
2
d 花瓣
3
f 复杂图形
轨道形状
l 值越大，原子轨道越复杂，能量越高。
（3）磁量子数m 一个亚层中，m有几个取值，该亚层就只能有几 个不同伸展方向的能级相同的原子轨道或电子云。
用小点的疏密程 度表示几率密度分布 的图形叫做电子云。
• 电子云角度分布图
氢原子1S电子云
电子云示意图
BACK
Py轨道
Px轨道
Pz轨道
P轨道
dzy 轨道
dxz 轨道
dyz 轨道
dx2-dy2 轨道
dz2 轨道
f 轨道
四个量子数与原子结构的关系 （1 ）主量子数 n 主量子数 n 决定电子层能级高低和核外 电子运动离核的远近。 n 值与电子层符号有如下对应关系：
式中 R（r）表示波函数的径向部分， Y（ θ ，ɸ）表示波函数的角度部分
若将波函数的角 度部分 Y (θ, ɸ ) 随 θ、ɸ 角而变化的规 律以球坐标作图， 可以得到波函数或 原子轨道的角度分 布图。
5.1.2 电子云
1.电子云和概率密度
波函数平方（Ψ2）可反映电子在空间某位置 上单位体积内出现的几率大小，即概率密度。 Ψ2 ∝ ρ
多电子原子中电子的能量决定于n和l 。
（3）磁量子数 m 磁量子数决定原子轨道的空间取向。 m = 0， ± 1， ± 2，„ ± l 。
一个l 可以有（2 l +1）个 m 数值，
l =0，m=0 有一种空间取向， S 轨道 l =1，m=0， ± 1，有三种空间取向，即 Px轨道、 Py轨道、Pz轨道。 l =2，m=0， ± 1， ± 2，有五种空间取向。
价电子所在的亚层统称价层。元素的价层电子为：
主族元素：最外层 s 电子 + p 电子
副族元素：次外层 d 电子 + 最外层 s 电子
例如：
22s22p63s23p63d104s24p3 As ： 1s 33
其价层电子构型为：4s24p3
22s22p63s23p63d54s1 Cr ： 1s 24
其价层电子构型为：3d54s1
f
(n-1)d 1~9 ns 1~2 (n-1)d 1~9 ns2
(n-2)f 0~14 (n-1)d 0~2 ns2
ⅢB~ ⅦB族， Ⅷ族 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。 解：17号：1s22s22p63s23p5 26号：1s22s22p63s23p63d64s2 第三周期、 ⅦA族 p 区、Cl、氯 第四周期、 Ⅷ族 d 区、Fe、铁
洪特规则特例：对于同一电子亚层，当电子分
布为全充满（p6、d10、f 14）、半充满（p3、d5、f 7）
或者全空（p0、d0、f 0）时原子结构较稳定。
3d44s2 不稳定
3d54s1
3d
4s
稳定
基态原子的核外电子分布式
按照核外电子分布三原则，就可以写出原子的 核外电子分布式。例如：
2. 核的体积只占整个原子体积极小的一部分；
3. 原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上； 4. 电子像行星绕着太阳那样绕核运动.
卢瑟夫原子结构模型的成功之处和存在的问题
在对粒子散射实验结果的解释上, 新模型的成功是显而易见的, 至少要点中的前三点是如此. 问题出在第4点, 尽管卢瑟夫正确地认 识到核外电子必须处于运动状态 , 但将电子与核的关系比作行星与
原子轨道的能级与原子序数的关系
Linus Carl Pauling（USA，19011994），won the Nobel Prize in 1954 “for his research into the nature of the chemical bond and and his application to the elucidation of the structure of complex substances.”
1939年，鲍林（L. Pauling）总结出核外电 子的近似能级图（见P.161图7-14）。 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
22s22p63s23p63d44s2 Cr ： 1s 24
错误！违反洪特规则特例
22s22p63s23p63d54s1 Cr ： 1s 24
正确
22s22p63s23p63d94s2 Cu ： 1s 29
错误！违反洪特规则特例
22s22p63s23p63d104s1 Cu ： 1s 29
正确
基态原子的价层电子构型（外层电子构型）
第5章 物质结构基础
本章主要内容
氢原子结构的近代概念
多电子原子结构和周期系
化学键与分子间作用力
晶体结构 配位化合物
5.1 原子结构的近代概念
经典物理学概念下的原子结构:
Rutherford 根据 粒子散射实验，创 立了关于原子结构的 “太阳-行星模型 ”. 其要点是： 1. 所有原子都有一个核即原子核(nucleus)；
Fe3+：1s22s22p63s23p63d5
As3+：1s22s22p63s23p63d104s2
1s22s22p63s23pห้องสมุดไป่ตู้3d24s2
22s22p63s23p63d64s2 Fe ： 1s 26 22s22p63s23p63d104s24p3 As ： 1s 33
注意：出现能级交错时，电子分布式的书写顺序 为由内层到外层。
亚 层 m 值 s p d f -3,-2, -1, 0, 1, 2, 3
0 -1, 0, 1 -2, -1, 0, 1,2
轨道数
1
3
5
7
在没有外加磁场的情况下，同一亚层的原子轨 道 ( n, l 相同 ) 能量是相等，这些轨道叫等价轨道 或简并轨道。
5.2 多电子原子的电子分布方式和周期系
5.2.1 多电子原子轨道的能级 当角量子数l相同时，随着主量子数n值的增 大，轨道能量升高。例如：E1S<E2S<E3S等。 当主量子数n相同时，随着角量子数l值的增 大轨道能量升高。例如：Ens<Enp<End<Enf 当主量子数和角量子数都不同时，有时出现 能级交错现象。例如：在某些元素中， E4s<E3d， E5s<E4d
2 2 2 8 2 m ( 2 2 2 ) 2 ( E V ) 0 x y z h
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。
1. 波函数和量子数
（1）主量子数 n
n 是确定电子离核远近和能级的主要参数。 n = 1、2、3、4、… 正整数。 n 值越大，电子离核越远，所处状态的能级越高。
（2）角量子数 l 角量子数确定原子轨道的形状。
l = 0、1、2…（n-1）
当 l = 0， 1 ， 2 ， 3
对应原子轨道为 s，p，d，f
太阳的关系, 却是一幅令人生疑的图像.
根据当时的物理学概念, 带电微粒在 力场中运动时总要产生电磁辐射并逐渐 失去能量, 运动着的电子轨道会越来越小 , 最终将与原子核相撞并导致原子毁灭 . 由于原子毁灭的事实从未发生, 将经典物 理学概念推到前所未有的尴尬境地.
1913年,丹麦科学家玻尔 提出的氢原子结构的
简单基态阳离子的电子分布
研究表明，原子的失电子顺序与电子填充顺序 不完全一致： 基态原子填充顺序：→ns→(n-2)f→(n-1)d→np 价电子失电子顺序：→np→ns→(n-1)d→(n-2)f 或：原子按照三原则填充电子，而按由外到内 的顺序失电子。 例如： Fe2+：1s22s22p63s23p63d6
量子力学模型
假设原子中电子只能以一 固定半径 r 绕原子核作圆周运 动，同时不辐射能量，只有当
电子在不同轨道上发生跃迁时
才能放出或吸收能量。
氢原子的轨道半径r、能量E以及电子从高能态
跃迁至低能态时辐射光的频率ν之间的关系如下：
r =α
E = -
0
n2
1312 n2
kJ•mol-1 1 15 ν = 3.29X10 （ 2 n1
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。
x = r Sinθ Conɸ y = r Sinθ Sinɸ z = r Conθ Ψ（r, θ, ɸ）= R(r)•Y(θ,ɸ)
1 n 值 电子层 K 2 L 3 M 4 N 5 O 6 P 7 Q
（2） 副量子数 l （又称角量子数） l 也表示电子亚层，每一个l 值表示一个亚 层，它与亚层符号有如下对应关系：
l
亚
值
层
0
s 球形
1
p 哑铃
2
d 花瓣
3
f 复杂图形
轨道形状
l 值越大，原子轨道越复杂，能量越高。
（3）磁量子数m 一个亚层中，m有几个取值，该亚层就只能有几 个不同伸展方向的能级相同的原子轨道或电子云。
用小点的疏密程 度表示几率密度分布 的图形叫做电子云。
• 电子云角度分布图
氢原子1S电子云
电子云示意图
BACK
Py轨道
Px轨道
Pz轨道
P轨道
dzy 轨道
dxz 轨道
dyz 轨道
dx2-dy2 轨道
dz2 轨道
f 轨道
四个量子数与原子结构的关系 （1 ）主量子数 n 主量子数 n 决定电子层能级高低和核外 电子运动离核的远近。 n 值与电子层符号有如下对应关系：
式中 R（r）表示波函数的径向部分， Y（ θ ，ɸ）表示波函数的角度部分
若将波函数的角 度部分 Y (θ, ɸ ) 随 θ、ɸ 角而变化的规 律以球坐标作图， 可以得到波函数或 原子轨道的角度分 布图。
5.1.2 电子云
1.电子云和概率密度
波函数平方（Ψ2）可反映电子在空间某位置 上单位体积内出现的几率大小，即概率密度。 Ψ2 ∝ ρ
多电子原子中电子的能量决定于n和l 。
（3）磁量子数 m 磁量子数决定原子轨道的空间取向。 m = 0， ± 1， ± 2，„ ± l 。
一个l 可以有（2 l +1）个 m 数值，
l =0，m=0 有一种空间取向， S 轨道 l =1，m=0， ± 1，有三种空间取向，即 Px轨道、 Py轨道、Pz轨道。 l =2，m=0， ± 1， ± 2，有五种空间取向。
价电子所在的亚层统称价层。元素的价层电子为：
主族元素：最外层 s 电子 + p 电子
副族元素：次外层 d 电子 + 最外层 s 电子
例如：
22s22p63s23p63d104s24p3 As ： 1s 33
其价层电子构型为：4s24p3
22s22p63s23p63d54s1 Cr ： 1s 24
其价层电子构型为：3d54s1
f
(n-1)d 1~9 ns 1~2 (n-1)d 1~9 ns2
(n-2)f 0~14 (n-1)d 0~2 ns2
ⅢB~ ⅦB族， Ⅷ族 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。 解：17号：1s22s22p63s23p5 26号：1s22s22p63s23p63d64s2 第三周期、 ⅦA族 p 区、Cl、氯 第四周期、 Ⅷ族 d 区、Fe、铁
洪特规则特例：对于同一电子亚层，当电子分
布为全充满（p6、d10、f 14）、半充满（p3、d5、f 7）
或者全空（p0、d0、f 0）时原子结构较稳定。
3d44s2 不稳定
3d54s1
3d
4s
稳定
基态原子的核外电子分布式
按照核外电子分布三原则，就可以写出原子的 核外电子分布式。例如：
2. 核的体积只占整个原子体积极小的一部分；
3. 原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上； 4. 电子像行星绕着太阳那样绕核运动.
卢瑟夫原子结构模型的成功之处和存在的问题
在对粒子散射实验结果的解释上, 新模型的成功是显而易见的, 至少要点中的前三点是如此. 问题出在第4点, 尽管卢瑟夫正确地认 识到核外电子必须处于运动状态 , 但将电子与核的关系比作行星与
原子轨道的能级与原子序数的关系
Linus Carl Pauling（USA，19011994），won the Nobel Prize in 1954 “for his research into the nature of the chemical bond and and his application to the elucidation of the structure of complex substances.”
1939年，鲍林（L. Pauling）总结出核外电 子的近似能级图（见P.161图7-14）。 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
22s22p63s23p63d44s2 Cr ： 1s 24
错误！违反洪特规则特例
22s22p63s23p63d54s1 Cr ： 1s 24
正确
22s22p63s23p63d94s2 Cu ： 1s 29
错误！违反洪特规则特例
22s22p63s23p63d104s1 Cu ： 1s 29
正确
基态原子的价层电子构型（外层电子构型）
第5章 物质结构基础
本章主要内容
氢原子结构的近代概念
多电子原子结构和周期系
化学键与分子间作用力
晶体结构 配位化合物
5.1 原子结构的近代概念
经典物理学概念下的原子结构:
Rutherford 根据 粒子散射实验，创 立了关于原子结构的 “太阳-行星模型 ”. 其要点是： 1. 所有原子都有一个核即原子核(nucleus)；
Fe3+：1s22s22p63s23p63d5
As3+：1s22s22p63s23p63d104s2