原子结构和分子结构—医用化学

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（4）自旋量子数ms 自旋量子数(spin quantum number)，以表示。 可取的数值：+1/2、-1/2。常用↓、↑符号 表示电子自旋的两种取向。
物理意义：电子自旋方向。 四个量子数n、l、m、ms 确定后，该电子的 运动状态就完全确定了。也就是说原子中每 个电子的运动状态可以用n，l，m，ms四个量 子数来描述
激发 杂化
F
B
F B
F
F
F
F
BF3的形成过程
sp3杂化 同一层上1个s轨道和3个p轨道间的杂化，叫做 sp3杂化。其杂化所生成的杂化轨道，叫做sp3 杂化轨道。（四面体型）
激发 杂化
H
C H
H
109.5°
H
CH4分子形成
不等性的sp3杂化 杂化以后的几个杂化轨道的能量不完全相等。
杂化
H
O H
104.8°
n 1 2 l 0 0 1 符号 1s 2s 2p 3 0 1 3s 3p 4
2 3d 0 1 2 4s 4p 4d 3 4f
（2）角量子数 l 物理意义： l值决定轨道或电子云的形状； l值相同的各轨道，统称为一个亚层。
s电子云
p电子云
（3）磁量子数m 磁量子数(magnetic quantum number)，以 m表示。 可取的数值：0、±1、±2…±l等整数，磁 量子数有(2l＋1)个取值，意味着该形状的轨道 有（2l＋1）个。 物理意义：决定原子轨道在空间的取向。
第一节 原子结构
一、原子核外电子运动的特点
微粒具有波粒二象性
1923年法国物理学家L. de Broglie提出了大 胆的假设，认为电子等实物粒子与光一样也有 波粒二象性
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h h p mv
h为Planck常量 λ为粒子波波长 p为粒子的动量 v为粒子运动的速度
第一节 原子结构
一、原子核外电子运动的特点
+ +
+
-
+
+
-
+
共价键的方向示意图
（三）共价键的类型
σ 键 原子轨道以“头碰头”方式重叠所形成的共价键 特点 原子轨道及其重叠部分、成键电子云绕键轴（两 核间联线）呈圆柱形对称
键电子云界面图
（三）共价键的类型
π 键 原子轨道以“肩并肩”方式重叠所形成的共价键 特点 重叠部分、成键电子云对通过键轴的一个平面呈 镜面对称
极性共价键 成键电子云有偏向、正负电 荷重心不重合的共价键。
成键原子间的电负性差值越大，键的极性 就越大。 离子键可以看成是极性键的极限。
（五）分子的极性
定义 以分子中正负电荷重心是否重合为依据。 重合——非极性分子 不重合——极性分子
如何确定分子的极性 a、单质为非极性分子 b、双原子化合物为极性分子 c、多原子分子看分子构型
第四章 原子结构和分子结构 Atomic Structure and Molecular Structure
§4.1 原子结构 §4.2 分子结构 §4.3 分子间作用力
原子的组成： 质子(单位正电荷） 原子核 中子(不带电） 原子 电子(单位负电荷） 原子组成表示法：
（质子数+中子数）质量数→ A （原子序数）核电荷数→ Z M
例、 下列各元素基态原子的电子层结构的写 法各违背了什么原理？写出正确的电子 层结构式。 （1）5B：1s22s3 （2）7N：1s22s22px22py1 （3）4Be：1s22p2
五、元素的电负性
元素的原子在分子中吸引电子的能力叫元 素的电负性。 规定标准：氟4.0（锂1.0） 元素的电负性愈大，表示该元素原子吸引电 子的能力愈大，生成阴离子的倾向愈大。反 之，吸引电子的能力愈小，生成阳离子的倾 向愈大。
基态多电子原子轨道的近似能级
n+0.7l规则
电子排布顺序
例、 用s，p，d，f 等符号写出下列各元素原子 基态的电子层结构。 16S 12Mg 26Fe 30Zn 解：16S：1s22s22p63s23p4
22s22p63s2 Mg ： 1s 12
22s22p63s23p63d64s2 Fe ： 1s 26 22s22p63s23p63d104s2 Zn ： 1s 30
3.洪特规则
在简并轨道（原子中能级相同的轨道）上电 子的排布，电子尽可能分占不同的简并轨道， 且自旋平行（方向相同）。例6C 、7N
在简并轨道上的电子排布处于全充满(p6、 d10、f14)、半充满(p3、d5、f 7)或全空的状态 时，原子具有较低的能量和较大的稳定性。 例24Cr、 29Cu、 42Mo、47Ag
符号
第一节 原子结构
一、原子核外电子运动的特点
氢原子光谱
第一节 原子结构
一、原子核外电子运动的特点
Bohr理论
电子只能在固定的轨道上运动 一定轨道上运动的电子能量一定 电子尽可能处于能量最低的轨道上 —基态 吸收能量可跃迁到能量高的轨道上—激发态 从激发态跃迁回能量较低的轨道，能量差以 电磁波的形式辐射出来 —谱线
例1、下列各组量子数中，不合理的 是 。
A. （2，1，0，+1/2） C. （1，0，0，+1/2） B.（3，3，2，-1/2） D.（4，3，1，-1/2）
例2、用四个量子数表示3s1电子的运动状态 （3，0，0，+1/2）or （3，0，0，-1/2）
四、核外电子的排布规律 1.鲍里不相容原理 在同一原子里，不能有四个量子数完全相 同的电子。在一个原子中，不存在运动状态 全同的电子。 在每一个原子轨道中最多只能容纳两个自 旋相反的电子。每层最多容纳2n2个电子。 2.能量最低原理 原子处于基态时，核外电子的排布总是尽可 能先分布在能量最低的轨道上以使原子体系 的总能量最低。
按参加杂化的轨道的类型分：
sp型
dsp型
sp杂化 同一层上1个s轨道和l个p轨道间进行杂化，叫 做sp杂化。其杂化所形成的轨道，叫做sp杂 化轨道。（直线型）
激发 杂化
Cl
Be
Cl
-
+
+
- -
+
+
-
BeCl2的形成过程
sp2杂化 同一层上1个s轨道和2个p轨道间的杂化，叫做 sp2杂化，其杂化所生成的杂化轨道，叫做sp2 杂化轨道。（三角形）
键电子云界面图
N2分子形成示意图
键和 键的比较
键以“头碰头”式成
键 重叠程度大 键较牢固 单独存在
自由旋转
沿键轴呈圆柱形对称
键以“肩并肩”式成键
重叠程度小 键易断开 只能与键共存 不能旋转
在通过键轴的平面上下对称
（四）键的极性
非极性共价键 成键电子云无偏向、正负电 荷重心重合的共价键。
同一周期内从左到右，元素的电负性逐渐 增大，同一主族内从上至下电负性减小。
第二节 分子结构
一、化学键的概念 分子或晶体中相邻原子间强烈的相互作用 力称为化学键。 以阳离子和阴离子之间静电引力形成的化 学键叫离子键 。 分子中原子间通过共用电子对形成的化 学键为共价键 。 由一个原子单独提供一对电子与另一个原 子共用所形成的共价键，叫配位共价键 ， 简称配位键。
诱导力
±
+ -
+ -
+ -
诱导力的产生过程
极化、诱导偶极、诱导力
极性分子的偶极矩愈大，非极性分子的变形性 （极化度）愈大，诱导力愈强。 极性分子与极性分子之间也存在诱导力。
色散力
+ ± + -
± - +
色散力产生过程
- +
瞬间偶极、色散力
相对分子质量愈大，变形性愈大，色散力愈强。 色散力存在于任何分子之间 。
（3）磁量子数m
s、p、d 电子云在空间的分布
每层中原子轨道数
主 量 子 数 角 量 子 数 0 0 1 0 1 2 亚 层 符 号 1s 2s 2p 3s 3p 3d 磁量子数 轨道 每层 空间 中轨 取向 道数 数 n2 1 1 3 1 3 5 1 4
1 2 3
0 0 -1、0、+1 0 -1、0、+1 -2、-1、0、+1、+2
H2O呈V形结构
杂化
H
N H
106.8°
H
NH3分子的空间构型
杂化轨道类型与分子空间构型的关系小结 杂化轨道类型
sp杂化 键角 180°
分子空 间构型
直线型
实例 BeCl2、HgCl2
等性杂 sp2杂化 120° 平面正△ BF3、BCl3 化 sp3杂化 109.5° 正四面体 CH4、CCl4
1s电子云等密度面和界面图
电子云界面图：
电子在某界面以内出现的几率很大(90%以上) 时，该界面图形称为电子云界面图。
1s电子云的界面图
← s、p、d 电子云的形状
第一节 原子结构
三、四个量子数及其物理意义 为了得出 SchrÖdinger 方程合理的解，就必 须引进一些符合特定条件的经限定的参数，在 量子力学中称这种引入方程求解的特定参数为 量子数（quantum number）
范德华力对物质性质的影响 对沸点、熔点的影响
卤素 熔点 F2 83.26 Cl2 239.16 Br2 331.16 I2 457.66
（1）主量子数n 主量子数（principal quantum number） 以n来表示，它反映了电子在核外空间出 现概率最大的区域离核的远近，决定电子 层数，是决定电子能量的主要因素 可取的数值 主量子数n： 1、2、3、4…等正整数， 电子层顺序：1、2、3、4… 电子层符号：K、L、M、N、O、P、Q…
8 m 2 2 2 ( E V ) 0 2 x y z h
2 2 2 2
第一节 原子结构
二、核外电子运动运动状态的描述 波函数和原子轨道： ψ 描述的是电子在原子 核外空间的运动状态（可理解为在核外空间找 到电子的可能区域）。 习惯上把ψ称为原子轨道（atomic orbitals） 电子云：用小黑点的疏密程度来形象地描 述电子在原子核外空间各点出现的几率密度 的大小的图象
（1）主量子数n 物理意义： n值愈大，电子活动的主要区城离核愈远， 能量也就愈高。是决定电子离核远近和能 量高低的主要因素。单电子原子中电子的 能量完全由主量子数决定。
（2）角量子数 l 角量子数(azumuthal quantum number) 也称为副量子数，以l来表示。在多电子原 子中，角量子数是决定电子能量的次要因素。 可取的数值：0 ~ n-1的整数(n个取值)
sp2不等 性杂化
sp3不等 性杂化
一孤对电子 一孤对电子 两孤对电子
V型 三角锥 V型
SnCl2、PbCl2 NH3、SbCl3 H2O、H2S
等性杂化后与不同原子成键时，键角会变化。
取向力
+ -
+ -
+ -
+ -
取向力的产生过程
永久偶极、取向、取向力 取向力的本质是静电引力，分子的极性(偶极 矩)愈大，取向力愈大；温度愈高，取向力愈 小；分子间距离变大，取向力迅速递减。
杂化轨道理论基本要点 ① 在成键过程中，由于原子间的相互影响， 同一原子中参加成键的几个能量相近的原子 轨道可以进行混合，重新分配能量和空间方 向，组成数目相等的新的原子轨道。 ② 杂化轨道之间互相排斥，力图在空间取得 最大的键角，使体系能量降低。 + + + +
-
+
-
+
杂化轨道的基本类型
按杂化后轨道的能量是否相同分： 等性杂化轨道 不等性杂化轨道
（一）价键理论要点
具有自旋相反的未成对电子的两个原子 相互接近，可以形成稳定的共价键。
成键电子的电子云重叠得越多，核间电 子云密度越大，形成的共价键越牢固。在 形成共价键时，电子云总是尽可能地达到 最大程度的重叠。
（二）共价键的特征
共价键的饱和性 （受自旋相反限制） 共价键的方向性（受最大重叠原理限制 ）
非极性分子之间 极性、非极性分子间 极性分子之间 色散力； 色散力、诱导力； 色散力、诱导力和取向力
范德华力的特点
a、范德华力是存在于分子间的一种弱的静电 引力。 b、范德华力的作用范围只有几个纳米(nm)。 c、范德华力的能量比化学键的键能小一二个 数量级。 d、范德华力没有饱和性和方向性。 e、范德华力中，色散为是主要的，诱导力是 次要的，取向力只是在较大的极性分子间才占 一定的比例。
微粒具有波粒二象性
电子衍射实验
第一节 原子结构
一、原子核外电子运动的特点
微粒具有波粒二象性
没有固定的运动轨道 符合统计规律，其运动状态可用统计学的方 法加以描述——量子力学 具有量子化特征
第一节 原子结构
二、核外电子运动运动状态的描述
SchrÖdinger方程
1926 年奥地利物理学家 E.SchrÖdinger 从 微观粒子的波粒二象性出发，提出了用量子力 学方法描述微观粒子运动的波动方程