《大学化学》PPT课件 第1章物质结构基础

生命科学与化学学院
1.1 原子结构 1.1.1 氢原子结构 1.1.2 电子多原子结构 1.1.3 元素周期表
生命科学与化学学院
原子
质子（带正电）→夸克 原子核
中子（不带电）→夸克 电子 → wk.baidu.com负电，m→0
核电荷数 = 核内质子数（P） = 核外电子数 = 原子序 数（符号为Z）
原子量 （相对原子质量）= 质量数（符号为A） = 质子 数（Z） + 中子数（N）
跃迁到基态，以光子的形式放出能量： E2-E1=h (h=6.626×10-34 -频率)
生命科学与化学学院
成功
缺陷
★成功的把氢原子结构和光谱线 ★ 不能解释光谱的精细谱线 结构联系起来, 从理论上说明 ★ 不能解释多电子原子光谱 了氢原子和类氢原子的光谱线 结构，使原子光谱成为研究原 子内部结构及其物理特性的有 力工具。
★揭示了微观体系的量子化规律， 为建立量子力学奠定了基础。
原因：没有考虑微观世界粒子的特性—波粒二象性
生命科学与化学学院
波动力学模型：
迄今为止最成功的原子结构模型（只介绍
与化学有关的某些重要结论）。
1926年，奥地利物理学家薛定谔根据德布
罗意物质波的观点，提出了描述微观粒子运动
状态变化规律的数学表达式，即著名的微观粒
第1章
生命科学与化学学院
物质结构基础
生命科学与化学学院
1.1 原子结构 1.2 化学键与分子结构 1.3 分子间力与氢键 1.4 晶体结构和缺陷
本章教学要求
生命科学与化学学院
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。
生命科学与化学学院
卢瑟夫行星轨道模型面临的窘境
在对α粒子散射实验结果的解释上,卢瑟夫行星轨道模型的成功是显而易见的, 至少要点中的前三点是如此。
α粒子穿过原子时，电子对α粒子运动的影响很小，影响α粒子运动的主要 是带正电的原子核。而绝大多数的α粒子穿过原子时离核较远，受到的库仑斥力 很小，运动方向几乎没有改变，只有极少数α粒子可能与核十分接近，受到较大 的库仑斥力，才会发生大角度的偏转。
生命科学与化学学院
α粒子散射实验：1909年 汉斯·盖革和恩斯特·马斯登在欧内 斯特·卢瑟福指导下于英国曼彻斯特大学做的一个著名物理实验。
实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进， 但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过 90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来，这就是α粒子的散射 现象。
生命科学与化学学院
卢瑟夫行星轨道模型（太阳-行星模型 ）： 按汤姆逊原子结构模型分散的正电荷不可能有足够大 的正电密度使α粒子（氦的原子核（A=4，相对电荷为 +2），作高速运动时具有很高能量）发生偏转或反弹。 1. 所有原子都有一个核即原子核 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。
第四点：电子像行星绕着太阳那样绕 核运动。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
会不会？！ 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。
生命科学与化学学院
玻尔轨道模型(量子力学模型)： 1913年，玻尔吸收了1900年普朗克提出的量子论和 1905年爱因斯坦提出的光子学说，运用量子化概念把卢 瑟福的原子结构和当时知道的谱线系统结合起来提出的。 模型认为 ：原子中的电子沿着固定轨道绕核运动，电子 在这些轨道上运动时，不吸收也不辐射能量，称为定态。 轨道上电子有特定的能量值 ，称为能级。能量最低的定 态称为基态。 激发态原子发光的频率规则： e在不同定 态之间发生跃迁，当它处于激发态时不稳定，会从激发态
2
y 2
2
z 2
8 2m
h2
(
E
V
)
Ψ n, l, m (r,θ,φ)=……;Ψ n, l, m (r,θ,φ)=…… ;
波函数中的常数
n l m
能导致合理物理意义的取值 1，2，3，4，5 等正整数 从 (n-1) 到 0的整数 从+ l 到 - l 之间的正、负整数 和 0
生命科学与化学学院
原子轨道
子运动方程—薛定谔方程。
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y函数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。★ 微粒的波性: 薛定谔方程的基础
生命科学与化学学院
三个量子数及其取值方式不是人为的！
2
x 2
原子中，原子核的质量占99.9%，而体积仅占 1
1012~15
（1）电子在原子中的活动空间是巨大的； （2）原子核的密度是巨大的，约为1014g.cm-3。
1.1.1 氢原子结构
生命科学与化学学院
原子结构模型
希腊的原子说。原子不可分割 汤姆逊原子结构模型（“葡萄干布丁”模型） 在1897年汤姆逊发现了电子，证明了原子是可再分的， 汤姆逊提出了自己关于原子结构的模型：原子是正电荷连 续分布的球体，电子之间以最大的距离分布在该球体中。 就像将葡萄干“镶嵌”在松软的蛋糕中一样。史称“葡萄干 布丁”模型 。但该模型在解释卢瑟夫的α粒子的散射实验 时遇到了困难。
3.了解化学键的本质及键参数的意义。
4.掌握价键理论的内容；会用价键理论解释共价键的特征， 会用价电子对互斥理论和杂化轨道理论解释简单的分子 结构；
5．初步认识分子轨道，掌握第二周期元素的分子轨道 特 点；
6.了解分子间作用力以及晶体结构与物质物理性质的关系。
生命科学与化学学院
物质结构是研究物质微观结构及结构和性能关系 的学科。即包括物质的几何结构（如分子中原子、 晶体中粒子的结合的排布方式等），也包括物质的 电子结构（如原子的电子层结构，分子、固体中的 化学键，以及分子间作用力等）。本章主要讨论核 外电子运动状态及其分布的一般规律，原子结构与 元素性质的关系，化学键、分子空间构型、分子间 作用力等基本理论以及晶体结构的基本类型及有关 基础知识。