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
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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）
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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
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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
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5.2 化学键
1
离子键理论 共价键理论 键参数
2
3
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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
原子半径（单位：pm） He 122 Ne 160 Ar 191 Kr 198 Xe 217 Rn
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6
6 6
1 2 3 5 5 6 7 8 10 10 10 10 10 10 10 10
4
1 2 2 2 2 1 2 2 2 2 1 2
2 2 2 2 2 2 1 2 3 4 5 6
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5.1.7 多电子原子的能级
（4）主量子数n相同，角量子数l不同的能级，其能量随 l的增大而升高。
En s En p En d En f E4s E4 p E4d E4f
（5）主量子数n和角量子数l同时变动时，从图中可知， 能级能量变化的情况是比较复杂的。
E4s E3d E4p E5s E4d E5p E6s E4f E5d E6p

h h p m
（5.4）
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5.1.2 微观粒子的波粒二象性
图5.1
普通化学
电子衍射示意图（白色线为衍射环）
5.1.3 波函数和原子轨道
1．薛定谔（Schrödinger）方程
2 2 2 8 2 m 2 2 2 E V 0 2 x y z h
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5.1.9 原子的电子层结构和元素周期表
续上表
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Rn Rb Pd Ag Cd In 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 6 6 6 1 6 2 6 4 6 5 6 5 6 7 6 8 6 10 6 10 6 10 6 10 1 2 2 2 1 1 2 1 1 1 2
5
2
1
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5.1.9 原子的电子层结构和元素周期表
2．原子的电子层结构与元素的分区 （1）s区元素 （2）p区元素 （3）d区元素
（4）ds区元素
（5）f区元素
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5.1.9 原子的电子层结构和元素周期表
表5.2 周期表中元素的分区
IA
1 ⅡA 2 3 Ш B ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ 4 s区 d区 5 ns1~ns （n-1）d1ns2~（n-1） 2 6 d8 ns2 7 （有例外） ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA
N 70 P 110 As 121 Sb 141 Bi 155
O F 66 64 S Cl 104 99 Se Br 117 114 Te I 137 133 At 153
5.1.10 元素基本性质的周期性
2. 电离能（I） 3. 电子亲合能（EA） 4. 电负性（x）
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5.1.10 元素基本性质的周期性
图5.7
普通化学
HCl分子的成键示意图
5.2.2 共价键理论
+ +
s—s
－ + + x
px—s
－
图5.8
普通化学
+
+
－
x
p x —p x
键示意图
5.2.2 共价键理论
+
+
x
－
－
pz—pz
图5.9
普通化学
π 键示意图
5.2.2 共价键理论
图5. 10
普通化学
N2分子结构示意图
5.2.3 键参数
相对应的。
4．原子的电子层结构与族的关系 按长周期表，族的划分是把元素分为16个族，除了稀有气 体（零族）和第Ⅷ族元素外，还有七个A族和七个B族元素。
普通化学
5.1.10 元素基本性质的周期性
1. 原子半径 （1）共价半径 （2）金属半径 （3）范德华半径
普通化学
5.1.10 元素基本性质的周期性
5.1.1 玻尔理论
（1）定态轨道概念 （2）轨道能级的概念 （3）激发态原子发光的原因 Δ E=E较高 -E较低=hv （5.1）
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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 E = mc2
p mc E h h c c
（5.2） （5.3）
2．微观粒子的波粒二象性
（1）离子键的本质是静电作用力
q q f k 2 R
（2）离子键没有方向性 （3）离子键没有饱和性
（5.7）
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5.2.2 共价键理论
1. 价键理论 （1）共价键的形成 （2）价键理论的基本要点
2H
+
O
H O H
（3）共价键的两个基本特征——饱和性和方向性
（4）共价键的类型
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5.2.2 共价键理论
x
y x py x dxy z x dxz
y x dyz z
y
y x dz
2
y x dx2—y2
图5.4 电子云的空间图象
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5.1.7 多电子原子的能级
1．鲍林的原子轨道近似能级图 （1）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的。
图5.5
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第五章 物质结构基础
普通化学
第五章 物质结构基础
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
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5.1 原子核外电子排布
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
普通化学
玻尔理论
微观粒子的波粒二象性
波函数和原子轨道 四个量子数 波函数的角度分布 概率密度和电子云 多电子原子的能级 核外电子排布三原则 原子的电子层结构和元素周期表 元素基本性质的周期性
1. 键能 共价键的强弱可以用键能数值的大小来衡量。
HCl (g)
298.15K 标准态下
H(g)+Cl(g)
D（H－Cl）= 431 kJ·mol–1
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5.2.3 键参数
2. 键长
表5.5 一些双原子分子的键长
键
Lb/pm
74.0
198.8
键
Lb/pm
91.8
127.4
H—H
Cl—Cl
H—F
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5.1.9 原子的电子层结构和元素周期表
续上表
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 2 2
O
IB ⅡB ds区 （n-1） d10ns1 （n-1） d10ns2
p区 ns2np1~ns2np6
镧系元素
锕系元素
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f 区 （n－2）f1ns2~（n－2）f14ns2（有例外）
5.1.9 原子的电子层结构和元素周期表
3．原子的电子层结构与周期的关系 从原子核外电子排布的规律可知，原子的电子层数与该元 素所在的周期数是相对应的，而各周期数又是与各能级组
期
1
1s
1 2 2 2 2 2 2 2 2 2
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d
5s 5p 5d
1 2
2
2 2 2 2 2 2
1 2 3 4 5 6
普通化学
5.1.9 原子的电子层结构和元素周期表
续上表
周 原 子 序 期 数 11 12 13 14 3 15 16 17 18 电 子 层 元 L M N O P Q 素 K 符 6s 6p 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 5s 5p 5d 7s 号 6d Na 2 2 6 1 Mg 2 2 6 2 Al 2 2 6 2 1 Si 2 2 6 2 2 P 2 2 6 2 3 S 2 2 6 2 4 Cl 2 2 6 2 5 Ar 2 2 6 2 6
C=N — 616
C≡N 116 866
Lb/pm D/（kJ·mol
－1）
418 946
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5.2.3 键参数
普通化学
原子轨道的近似能级图
5.1.7 多电子原子的能级
（2）在近似能级图中，每个小圆圈代表一个原子轨道， s分层中有一个圆圈，表示此分层只有一个等价原子轨道， p分层中有三个圆圈，表示此分层有三个等价原子轨道。
（3）角量子数l相同的能级，其能量由主量子数n决定，
n越大，能量越高。
E1s E2s E3s E4s E2 p E3p E4 p
Cr Mn 125 124 Mo Tc 136 136 W Re 137 137
Fe 124 Ru 133 Os 134
B C 88 77 Al Si 143 117 Co Ni Cu Zn Ga Ge 125 125 128 133 122 122 Rh Pd Ag Cd In Sn 135 138 144 149 163 141 Ir Pt Au Hg Tl Pb 136 136 144 160 170 175
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5.1.8 核外电子排布三原则
1．最低能量原理 2．泡利原理 碳原子核外的6个电子可分布如下：
3．洪特规则
图5.6电子填入轨道的次序图
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5.1.9 原子的电子层结构和元素周期表
1．原子的电子层结构
表5.1 周期中（1-49）号元素原子的电子层结构
周 原 子 序 数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 元 素 符 号 H He Li Be B C N O F Ne 电 K L M 子 层 N O P Q 6s 6p 7s 6d
H—Cl
Br—Br
I —I
228.4
266.6
H—Br
H—I
140.8
160.8
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5.2.3 键参数
表5.6 若干化学键的键长与键能
化学键
C—C C=C C≡C N—N N=N N≡N C—N 154 356 134 598 120 813 146 160 125 109. 147 8 285
表5.4
H 2.1 Li 1.0 Na 0.9 K 0.8 Rb 0.8 Cs 0.7
元素电负性（x）
Be B C 1.5 2.0 2.5 Mg Al Si 1.2 1.5 1.8 Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge 1.0 1.3 1.5 1.6 1.6 1.5 1.8 1.9 1.9 1.9 1.6 1.6 1.8 Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 1.9 2.2 2.2 2.2 1.9 1.7 1.7 1.8 Ba Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb 0.9 1.2 1.3 1.5 1.7 1.9 2.2 2.2 2.2 2.4 1.9 1.8 1.9