有机化学基本理论

钾
[Ar] 4s1
钙
[Ar] 4s2
钪
[Ar] 3d14s2
钛 [Ar] 3d24s2
钒
[Ar] 3d34s2
铬
[Ar] 3d54s1
锰
[Ar] 3d54s2
铁
[Ar] 3d64s2
钴
[Ar] 3d74s2
镍
[Ar] 3d84s2
* [ Ar ] 原子实，表示 Ar 的电子结构式 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 。 原子实后面是价层电子，即在化学反应中可能发生变化的电子。
{“+”、“-”与“-”)重叠时，可以成键。
+
两原子轨道以对称性不同的部分(即“+”与 “-”)重叠时，原子间的概率密度几乎等于 零，不能成键。
共价键的类型
按键是否有极性分：
共价键
极性共共价键价键强弱的极极类性性型键键：：如如
H-Cl H-I
非极性共价键：如 H-H、Cl-Cl
按原子轨道重叠部分的对称性分：
例S
3s 3p
3d共价键3特s 征3p
3d
FF
[¨·S·] + 6¨[·F:] → F – S\ –/ F
¨¨
/\ FF
PCl5的形成
b）原子轨道的最大重叠原理，原子轨道相互重 叠，且总是沿着重叠最多的方向进行，这样形成 的共价键最牢固。因为电子运动具有波动性，原 子轨道重叠时必须考虑到原子轨道的“＋”、“－” 号，只有同号的两个原子轨道才能发生有效重叠。
各种状态的电子云的分布形状： s电子云
p电子云 px
py
pz
dyz
dxz
dxy
dx2-y2
dz2
多电子原子近似能级图的特点：
近似能级图是按原子轨道的能量高低而不是按原子轨道
离核的远近顺序排列起来。把能量相近的能级划为一组，
称为能级
1s
第一能级组
2s2p
第二能级组
3s3p
第三能级组
4s3d4p
第四能级组
洪特（Hund）规则
电子分布到能量相同的等价轨道时，总是尽先 以自旋相同的方向，单独占领能量相同的轨道。 例: 7N
2s 2p 1s
作为洪特规则的特例，等价轨道： 全充满 p6、d10、f14 半充满 p3、d5、 f7 全 空 p0、d0、 f0 的结构状态比较稳定
例： 19号 K 1s22s22p63s23p64s1 原子实结构式为 [Ar]4s1
5s4d5p
第五能级组
6s4f5d6p
第六能级组
7s5f6d7p
第七能级组
在能级图中可以看到：相邻的两个能级组之间的能量差
较大，而在同一能级组中各能级的能量差较小。
一、核外电子层结构的原则
能量最低原理 堡里不相容原理 （奥地利科学家） 洪特（Hund）规则（德国科学家）
能量最低原理
多电子原子在基态时，核外电子总是尽可 能分布到能量最低的轨道，这称为能量最 低原理。
二、价键理论的基本要点（共价键）：
a）原子中自旋方向相反的未成对电子相互 接近时，可相互配对形成稳定的化学键。
共价键具有饱和性。
饱和性:原子有几个未成对的价电子, 就可 能与几个自旋方向相反的电子配对成键。 例如：H－H、Cl－Cl、H－O－H、N≡N等。
例
N
N
2p
2p
N2 :N≡N:
在特定的条件下，有的成对的价电子能被 拆开为单电子参与成键。
共价键具有方向性。
方向性:为满足最大重叠原理，成键时原 子轨道只能沿着轨道伸展的方向重叠。
s-s、s-p、px-px、 py-py、pz-pz
轨道最大重叠示意图
原子轨道重叠的对称性匹配原则
只有当原子轨道对称性相同的部分重叠，原子 间的概率密度才会增大, 形成化学键。
两原子轨道以原对子称轨性相道同的的重部叠分(即“+”与
σ键、π键、δ键
σ键：原子轨道以“头碰头”的形式重叠 所形成的键。
x
x
σ s-s
σ s-p
x
σ p-p 对键轴(x轴)具有圆柱形对称性
π键：原子轨道以“肩对肩”的形式重叠 所形成的键。
zz
对xy平面具有反对称性
硫
1s2 2s22p63s23p4
17
Cl
Chlorine 氯
1s2 2s22p63s23p5
18
Ar
Argon
氩
1s2 2s22p63s23p6
* 19 20
** 21 22 23 24 25 26 27 28
K Potassium Ca Calcium Sc Scandium Ti Titanium V Vanadium Cr Chromium Mn Manganese Fe Iron Co Cobalt Ni Nickel
Sodium
钠
电子结构式 1s2 2s22p63s1
12
Mg
Magnesium 镁
1s2 2s22p63s2
13
Al
Aluminium 铝
1s2 2s22p63s23p1
14
Si
Silicon
硅
1s2 2s22p63s23p2
15
P
Phosphorus 磷
1s2 2s22p63s23p3
16
Si
Sulfur
24号 Cr [Ar]3d54s1
核外电子的排布（原子的电子层结构）
原子 元素
中文
序数 符号 英文名称 名称
电子轨道图
ຫໍສະໝຸດ Baidu
1 H Hydrogen 氢
* 2 He Helium
氦
3 Li Lithium 锂
4 Be Beryllium 铍
5 B Boron
硼
** 6 C Carbon
碳
7 N Nitrogen 氮
堡里不相容原理
a)每一种运动状态的电子只能有一个。 b)由于每一个原子轨道包括两种运动状态，所以每一个
原子轨道中最多只能容纳两个自旋不同的电子。
c)因为s、p、d、f各分层中原子轨道数为1、3、5、7 所以各分层中相应最多只能容纳2、6、10、14个电 子。
d)每个电子层原子轨道的总数为n²个，因此，各电子 层中电子的最大容量为2n²个。
8 O Oxygen
氧
9 F Fluorine 氟
10 Ne Neon
氖
电子结构式 1s1 1s2
1s2 2s1 1s2 2s2 1s2 2s22p1 1s2 2s22p2 1s2 2s22p3 1s2 2s22p4 1s2 2s22p5 1s2 2s22p6
原子 序数
元素 符号
11
Na
英文名称
中文 名称
** 虽先排 4s 后排 3d ， 但电子结构式中先写 3d，后写 4s
练习：
氮原子核外有7个电子， 核外电子排布为: 1s22s22p3简写为[He ] 2s22p3
Si （Z=14）： 1s2 2s22p63s23p2简写为[Ne ] 3s23p2
Ca（Z=20）： 1s22s22p63s23p64s2简写为[Ar]4s2