分子间氢键
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4.自旋量子数（ ms ） 描述核外电子的自旋状态。 只针和有逆 12时或针 12方两向个。数值，表示电子的一种自旋方向，顺时
12
m与l 关系和它们确定的空间运动状态：
l
m
空间运动状态数
0
0
s轨道 一种
1 +1， 0， -1
p轨道 三种
2 +2，+1，0，-1，-2
d轨道 五种
3 +3，+2，+1，0，-1，-2，-3 f轨道 七种
普通化学
第五章 物质结构基础
1
5.1 原子核外电子排布 5.2 化学键 5.3 分子空间构型 5.4 分子间相互作用力
2
5.1 原子核外电子排布
5.1.1 玻尔理论
1913年，丹麦物理学家玻尔在牛顿力学的基础上，吸收 了量子论和光子学说的思想，建立了玻尔原子模型，成 功解释了氢原子的线状光谱，其要点如下：
(1)定态轨道概念：核外电子运动取一定的轨道，在 此轨道上运动的电子不放出也不吸收能量。
(2) 轨道能级的概念：不同定态轨道能量是不同的， 离核近能量低，离核远能量高，轨道的不同能量状 态称为能级，正常状态下，电子在低能轨道上称为 基态，获能量后可到高能轨道上，成为激发态。
3
(3)激发态原子发光的原因：激发态原子不稳定， 当跃迁到低能级时，释放出能量，以光的形式释放 出来，不同元素的原子发光时，各有特征的光谱。
1. 主量子数（n）
描述电子层能量的高低次序和离核远近的参数。
n可为零以外的正整数。 n=1，2，3… 一个电子层:
每个值代表
主量子数(n) 1 2 3
45
电子层 第一层 第二层 第三层 第四层 第五层
电子层符号 K L M N O
n值越小，该电子层离核越近，其能级越低。
10
2. 角量子数（l）
确定原子轨道的形状并在多电子原子中和主量子数一 起决定电子的能级。
15
从图中看出：
(1)各电子层能级相对高低为K<L<M<N<O<……
(2)同一原子同一电子层内，对多电子原子来说，电子间 的相互作用造成同层能级的分裂，各亚层能级的相对高 低为Ens<Enp<End<Enf<……
(3)同一电子亚层内，各原子轨道能级相同。
Enpx Enpy =Enpz
(4)同一原子内，不同类型的亚层之间，有能级交 错现象，如E4s＜E3d＜E4p； E5s＜E4d＜E5p； E6s＜E4f＜E5d＜E6p
wenku.baidu.com
2
x2
2
y 2
2
z 2
8 2m
h2
(
E
V
)
0
式中: 为波函数, (x,是y,空z) 间坐标 ， ，x的函y 数z
E 是体系总能量；V是势能，m是电子的质量，
h是普朗克常数。
方程中m，E，V体现电子的微粒性，体现波动性。
8
2.波函数和原子轨道 波函数是描述核外电子在空间运动状态的数学函数 式，即一定的波函数描述电子一定的运动状态。 原子轨道是波函数的空间图像，即原子中一个电子的可 能的空间运动状态。
n值确定以后， 可为零到(n-1)的正整数，l 0,1, 2(n 1) 其中每一个l 值代表一个电子亚层：
副量子数（l） 0 1 2 3 4 5
电子亚层符号 s p d f g h 对于多电子原子来说，同一电子层中的l 值越 小，该电子亚层的能级越低，如：2s<2p
11
3. 磁量子数（m） 是描述原子轨道在空间的伸展方向的。 m的取值决定于l值，可取2l+1个从-l到+l（包括零）的 整数，每一个m值代表一个具有某种空间取向的原子轨 道。 例：l 1, m 1,0, 1 三个数值，表示亚层上的三个相互垂 直的原子轨道。
(4)轨道能量量子化概念：轨道间能量差值是不连 续的，轨道能量是不连 续的，即核外电子运动的 能量是量子化的。表征微观粒子运动状态的某些物 理量的能量在不连续的变化，称为量子化。
玻尔理论成功解释了氢原子和类氢原子光谱，缺 陷是不能解释多电子原子光谱。
4
5.1.2 微观粒子的波粒二象性
1.光的波粒二象性
波函数的意义：
(1) 是描述原子核外电子运动状态的数学函数式，是空 间坐标x,y,z的函数，每一个波函数叫原子轨道。
(2) 每一个函数有一相对应的能量E
(3) 波函数 ψ没有明确的直观的物理意义，但 ψ 是2 表示电 子在核外空间某处出现的几率，即几率密度。
9
5.1.4 量子数
描述原子中各电子的状态（指电子所在的电子层和原 子轨道的能级、形状、伸展方向以及电子的自旋方向 等）需要四个参数。
5.1.5 波函数的角度分布
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，即Yθ,φ 随 θ,φ 变化的图像，这种分布图只与l,m
有关,与n无关
角度分布图又称为原子轨道的角度分布图
13
轨
x
道
角
度
分
布
图
＋
＋
14
5.1.6 多电子原子的能级
1. 鲍林的原子轨道近似能级图
鲍林近似能级图
1939年L.Pauling对周期表中 各元素原子的原子轨道能级 图进行分析，归纳，总结出 多电子原子轨道能级图。
中的传播速度，h是普朗克常数
5
2. 微观粒子的波粒二象性
1924年，法国物理学家德布罗意预言，假如光具有 波粒二象性，那么微观粒子在某些情况下，也能呈 现波动性，
h
mv
左边是电子的波长 ，表明它的波动性特征，右
边是电子的动量代表它的粒子性，通过普朗克常 数把电子的粒子性和波动性定量地联系起来，这 就是电子的波粒二象性。
16
5.1.7 核外电子排布三原则
1. 最低能量原理 多电子原子处在基态时，核外电子的分布在不违反泡利 原理的前提下，总是尽先分布在能量较低的轨道，以使 原子处于能量最低的状态。
6
1927年，美国物理学家戴维森在进行电子衍射实验时发现 高速运动的电子束穿过晶体光栅投射到感光底片上时，得 到的不是一个感光点，而是明暗相间的条纹，与光的衍射 图相似，证实了电子的波动性。
电电 子子 枪束
薄晶体片
感光屏幕
衍射环纹
电子衍射实验示意图 7
5.1.3 波函数和原子轨道
1.薛定谔方程
1926年，奥地利物理学家薛定谔提出了描述电子运 动状态的数学表达式，即著名的微观粒子运动方程 —薛定谔方程。
1905年爱因斯坦提出了光子学说，圆满地解释光电效
应。光作为一束光子流，其能量表示为E = h，光不
仅具有波动性，而且具有粒子性。波粒二象性是光的 本性。
爱因斯坦的质能关系E式为mc：2
和E= h可以给出光子的波长和动量p之间的关系式：
p mc E h h c c
其中p是光子的动量，是光子的波长，c是电磁波在真空
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m与l 关系和它们确定的空间运动状态：
l
m
空间运动状态数
0
0
s轨道 一种
1 +1， 0， -1
p轨道 三种
2 +2，+1，0，-1，-2
d轨道 五种
3 +3，+2，+1，0，-1，-2，-3 f轨道 七种
普通化学
第五章 物质结构基础
1
5.1 原子核外电子排布 5.2 化学键 5.3 分子空间构型 5.4 分子间相互作用力
2
5.1 原子核外电子排布
5.1.1 玻尔理论
1913年，丹麦物理学家玻尔在牛顿力学的基础上，吸收 了量子论和光子学说的思想，建立了玻尔原子模型，成 功解释了氢原子的线状光谱，其要点如下：
(1)定态轨道概念：核外电子运动取一定的轨道，在 此轨道上运动的电子不放出也不吸收能量。
(2) 轨道能级的概念：不同定态轨道能量是不同的， 离核近能量低，离核远能量高，轨道的不同能量状 态称为能级，正常状态下，电子在低能轨道上称为 基态，获能量后可到高能轨道上，成为激发态。
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(3)激发态原子发光的原因：激发态原子不稳定， 当跃迁到低能级时，释放出能量，以光的形式释放 出来，不同元素的原子发光时，各有特征的光谱。
1. 主量子数（n）
描述电子层能量的高低次序和离核远近的参数。
n可为零以外的正整数。 n=1，2，3… 一个电子层:
每个值代表
主量子数(n) 1 2 3
45
电子层 第一层 第二层 第三层 第四层 第五层
电子层符号 K L M N O
n值越小，该电子层离核越近，其能级越低。
10
2. 角量子数（l）
确定原子轨道的形状并在多电子原子中和主量子数一 起决定电子的能级。
15
从图中看出：
(1)各电子层能级相对高低为K<L<M<N<O<……
(2)同一原子同一电子层内，对多电子原子来说，电子间 的相互作用造成同层能级的分裂，各亚层能级的相对高 低为Ens<Enp<End<Enf<……
(3)同一电子亚层内，各原子轨道能级相同。
Enpx Enpy =Enpz
(4)同一原子内，不同类型的亚层之间，有能级交 错现象，如E4s＜E3d＜E4p； E5s＜E4d＜E5p； E6s＜E4f＜E5d＜E6p
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2
x2
2
y 2
2
z 2
8 2m
h2
(
E
V
)
0
式中: 为波函数, (x,是y,空z) 间坐标 ， ，x的函y 数z
E 是体系总能量；V是势能，m是电子的质量，
h是普朗克常数。
方程中m，E，V体现电子的微粒性，体现波动性。
8
2.波函数和原子轨道 波函数是描述核外电子在空间运动状态的数学函数 式，即一定的波函数描述电子一定的运动状态。 原子轨道是波函数的空间图像，即原子中一个电子的可 能的空间运动状态。
n值确定以后， 可为零到(n-1)的正整数，l 0,1, 2(n 1) 其中每一个l 值代表一个电子亚层：
副量子数（l） 0 1 2 3 4 5
电子亚层符号 s p d f g h 对于多电子原子来说，同一电子层中的l 值越 小，该电子亚层的能级越低，如：2s<2p
11
3. 磁量子数（m） 是描述原子轨道在空间的伸展方向的。 m的取值决定于l值，可取2l+1个从-l到+l（包括零）的 整数，每一个m值代表一个具有某种空间取向的原子轨 道。 例：l 1, m 1,0, 1 三个数值，表示亚层上的三个相互垂 直的原子轨道。
(4)轨道能量量子化概念：轨道间能量差值是不连 续的，轨道能量是不连 续的，即核外电子运动的 能量是量子化的。表征微观粒子运动状态的某些物 理量的能量在不连续的变化，称为量子化。
玻尔理论成功解释了氢原子和类氢原子光谱，缺 陷是不能解释多电子原子光谱。
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5.1.2 微观粒子的波粒二象性
1.光的波粒二象性
波函数的意义：
(1) 是描述原子核外电子运动状态的数学函数式，是空 间坐标x,y,z的函数，每一个波函数叫原子轨道。
(2) 每一个函数有一相对应的能量E
(3) 波函数 ψ没有明确的直观的物理意义，但 ψ 是2 表示电 子在核外空间某处出现的几率，即几率密度。
9
5.1.4 量子数
描述原子中各电子的状态（指电子所在的电子层和原 子轨道的能级、形状、伸展方向以及电子的自旋方向 等）需要四个参数。
5.1.5 波函数的角度分布
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，即Yθ,φ 随 θ,φ 变化的图像，这种分布图只与l,m
有关,与n无关
角度分布图又称为原子轨道的角度分布图
13
轨
x
道
角
度
分
布
图
＋
＋
14
5.1.6 多电子原子的能级
1. 鲍林的原子轨道近似能级图
鲍林近似能级图
1939年L.Pauling对周期表中 各元素原子的原子轨道能级 图进行分析，归纳，总结出 多电子原子轨道能级图。
中的传播速度，h是普朗克常数
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2. 微观粒子的波粒二象性
1924年，法国物理学家德布罗意预言，假如光具有 波粒二象性，那么微观粒子在某些情况下，也能呈 现波动性，
h
mv
左边是电子的波长 ，表明它的波动性特征，右
边是电子的动量代表它的粒子性，通过普朗克常 数把电子的粒子性和波动性定量地联系起来，这 就是电子的波粒二象性。
16
5.1.7 核外电子排布三原则
1. 最低能量原理 多电子原子处在基态时，核外电子的分布在不违反泡利 原理的前提下，总是尽先分布在能量较低的轨道，以使 原子处于能量最低的状态。
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1927年，美国物理学家戴维森在进行电子衍射实验时发现 高速运动的电子束穿过晶体光栅投射到感光底片上时，得 到的不是一个感光点，而是明暗相间的条纹，与光的衍射 图相似，证实了电子的波动性。
电电 子子 枪束
薄晶体片
感光屏幕
衍射环纹
电子衍射实验示意图 7
5.1.3 波函数和原子轨道
1.薛定谔方程
1926年，奥地利物理学家薛定谔提出了描述电子运 动状态的数学表达式，即著名的微观粒子运动方程 —薛定谔方程。
1905年爱因斯坦提出了光子学说，圆满地解释光电效
应。光作为一束光子流，其能量表示为E = h，光不
仅具有波动性，而且具有粒子性。波粒二象性是光的 本性。
爱因斯坦的质能关系E式为mc：2
和E= h可以给出光子的波长和动量p之间的关系式：
p mc E h h c c
其中p是光子的动量，是光子的波长，c是电磁波在真空