结构化学PPT课件
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结构化学课件第四章第一节
分子结构模型
80%
原子模型
原子是化学元素的最小单位，由 原子核和绕核运动的电子构成。
100%
分子模型
分子由两个或更多原子通过化学 键连接而成，是物质的基本单位 。
80%
空间构型
分子中原子在空间的排列方式， 包括线性、平面、立体等构型。
化学键类型及特点
01
02
03
离子键
由正负离子间的静电引力 形成，具有高熔点、硬而 脆等特点。
波尔模型
电子只能在一些特定的轨道上运动，在这些轨道上 运动的电子既不吸收能量，也不放出能量。
原子核外电子排布
电子层
核外电子经常出现的区域称电 子层。电子层可用n（n=1、2、 3…）表示，n=1表明第一层电 子层（K层），n=2表明第二电 子层（L层），依次n=3、4、5 时表明第三（M层）、第四（N 层）、第五（O层）。
04
配合物结构与性质
配合物组成和命名
配合物组成
配合物由中心原子（或离子）和 配体组成，中心原子通常是金属 元素，配体可以是无机或有机分 子或离子。
配合物命名
配合物的命名遵循一定的规则， 包括中心原子、配体和配位数的 标识，以及配合物类型的区分。
配合物空间构型和异构现象
配合物空间构型
配合物的空间构型取决于中心原子和 配体的排列方式，常见的空间构型有 直线型、平面三角形、四面体型等。
金属晶体
由金属阳离子和自由电子通过 金属键结合形成的晶体，具有 良好的导电性、导热性和延展 性。
晶体中粒子间作用力
离子键
正负离子之间的静电吸引力，作用力强，无方向 性和饱和性。
分子间作用力
分子间的相互作用力，包括范德华力和氢键等， 作用力较弱。
结构化学PPT课件
1 c1 o.5 0 s o 4 0 0.20
解得： c22 0.20
c2 0.45
c1210.80 c1 0.89
据此，可计算出H2O 中，两个孤对电子所在轨道的成分 （ α=0.30 ，β＝0.7）,夹角（θ=115.4o ）
CHENLI
19
例 2. NH 3
实验测定 NH3 分子属C3v 点群。3个 N—H 键 中 s 、p 成分相同。∠HNH=107.3o。
D∞h D3h Td
D4h D3h C4v Oh
CO2 , N3BF3 , SO3
CH4
Ni(CN)42PF5 IF5 SF6
CHENLI
13
• 杂化轨道满足正交性、归一性
例： i aisbip
由归一性可得： i *id1 ai2 bi2 1
由正交性可得： i*jd0
i j
★根据这一基本性质，考虑杂化轨道的空间分布及 杂化前原子轨道的取向，就能写出杂化轨道中原子轨道的 组合系数。
b0 .5p 5 x0 .7Cp H0 y EN L0 I .4s5
18
若不需区分 px 和 py ,只需了解杂化轨道中 s成分和 p 成分，
可按
cos 计算夹角。
对于 H2O 中的 O 原子只有 s 轨道和 p 轨道参加杂化。
设 s 成分为 α， p 成分β=1- α
则：
1 c o s 0
y H
0 .6c 1 1 p x 0 .7c 1 9 p y c2 s
根据原子轨道正交、归一条件，可得： 解之，得 c12 0.80 c1 0.89
x
{ c12 c22 1 0 .62c 1 1 2 0 .72c 9 1 2 c 2 2 0
北京大学出版社第四版结构化学幻灯片
Ni 原子的d电子向H2分子的LUMO转移的过程即H2 分子的吸附，解离而被活化的过程，它是CO加H2反应的 关键中间步骤。
5.18 用前线轨道理论分析在加热或光照条件下，环己稀和 丁二稀一起进行加成反应的规律。
[解]：环己稀与丁二烯的加成反应和乙烯与丁二烯的加成反 应类似。在基态时，环己烯的π型HOMO与丁二烯的π型 LUMO对称性匹配，而环己烯的π型LUMO与丁二烯的π型 HOMO对称性也匹配。因此，在加热条件下，两者即可发 生加成反应：
CO + - - + 0 （2π）
+-
2 （3σ）
-+
H2 2+
-
（σ1s）
﹡0 （σ 1s）
+
图5.30（a）CO和H2的前线轨道轮廓图
由图可见，当CO分子的HOMO和H2分子的LUMO接近时， 彼此对称性不匹配；当CO分子的LUMO和H2分子的HOMO接 近时，彼此对称性也不匹配。因此，尽管在热力学上CO加H2 （生成烃或含氧化合物）反应能够进行，但实际上，在非催化条
+
△
丁二烯
+ -
+
前线轨道叠加图
+ -
+
-
LUMO
+ +
+ +
-
环己烯
+
+
-
-
-
+
HOMO
环己烯和丁二烯前线轨道叠加图
在光照条件下，π电子被激发，两分子激发态的HOMO 与LUMO对称性不再匹配，因而不能发生加成反应（但可发 生其他反应）。
5.19用前线轨道理论分析乙烯环加成变为环丁烷的反应条件
件下，该反应难以发生。
5.18 用前线轨道理论分析在加热或光照条件下，环己稀和 丁二稀一起进行加成反应的规律。
[解]：环己稀与丁二烯的加成反应和乙烯与丁二烯的加成反 应类似。在基态时，环己烯的π型HOMO与丁二烯的π型 LUMO对称性匹配，而环己烯的π型LUMO与丁二烯的π型 HOMO对称性也匹配。因此，在加热条件下，两者即可发 生加成反应：
CO + - - + 0 （2π）
+-
2 （3σ）
-+
H2 2+
-
（σ1s）
﹡0 （σ 1s）
+
图5.30（a）CO和H2的前线轨道轮廓图
由图可见，当CO分子的HOMO和H2分子的LUMO接近时， 彼此对称性不匹配；当CO分子的LUMO和H2分子的HOMO接 近时，彼此对称性也不匹配。因此，尽管在热力学上CO加H2 （生成烃或含氧化合物）反应能够进行，但实际上，在非催化条
+
△
丁二烯
+ -
+
前线轨道叠加图
+ -
+
-
LUMO
+ +
+ +
-
环己烯
+
+
-
-
-
+
HOMO
环己烯和丁二烯前线轨道叠加图
在光照条件下，π电子被激发，两分子激发态的HOMO 与LUMO对称性不再匹配，因而不能发生加成反应（但可发 生其他反应）。
5.19用前线轨道理论分析乙烯环加成变为环丁烷的反应条件
件下，该反应难以发生。
《结构化学》课件
《结构化学》ppt课件
contents
目录
• 结构化学简介 • 原子结构与性质 • 分子的电子结构与性质 • 晶体结构与性质 • 结构化学实验结构化学的定义
总结词
结构化学是一门研究物质结构与 性质之间关系的科学。
详细描述
结构化学主要研究原子的排列方 式、电子分布和分子间的相互作 用，以揭示物质的基本性质和行 为。
晶体的电导率、热导率等性质取决于其内 部结构，不同晶体在这些方面表现出不同 的特性。
晶体的力学性质
晶体材料的应用
晶体的硬度、韧性等力学性质与其内部原 子排列密切相关，这些性质决定了晶体在 不同工程领域的应用价值。
晶体材料广泛应用于电子、光学、激光、 半导体等领域，如单晶硅、宝石等。了解 晶体的性质是实现这些应用的关键。
分子的选择性
分子的选择性是指分子在化学反应中对反应物的选择性和对产物的选择性。选择性强的分 子可以在特定条件下优先与某些反应物发生反应，产生特定的产物。
04
晶体结构与性质
晶体结构的基础知识
晶体定义与分类
晶体是由原子、分子或离子在空 间按一定规律重复排列形成的固 体物质。根据晶体内部原子、分 子或离子的排列方式，晶体可分 为七大晶系和14种空间点阵。
电子显微镜技术
• 总结词：分辨率和应用 • 电子显微镜技术是一种利用电子显微镜来观察样品的技术。相比光学显微镜，
电子显微镜具有更高的分辨率和更大的放大倍数，因此可以观察更细微的结构 和组分。 • 电子显微镜技术的分辨率一般在0.1~0.2nm左右，远高于光学显微镜的分辨 率（约200nm）。因此，电子显微镜可以观察到更小的晶体结构、病毒、蛋 白质等细微结构。 • 电子显微镜技术的应用范围很广，例如在生物学领域中，可以用于观察细胞、 病毒、蛋白质等生物样品的结构和形态；在环境科学领域中，可以用于观察污 染物的分布和形态；在材料科学领域中，可以用于观察金属、陶瓷、高分子等 材料的表面和断口形貌等。
contents
目录
• 结构化学简介 • 原子结构与性质 • 分子的电子结构与性质 • 晶体结构与性质 • 结构化学实验结构化学的定义
总结词
结构化学是一门研究物质结构与 性质之间关系的科学。
详细描述
结构化学主要研究原子的排列方 式、电子分布和分子间的相互作 用，以揭示物质的基本性质和行 为。
晶体的电导率、热导率等性质取决于其内 部结构，不同晶体在这些方面表现出不同 的特性。
晶体的力学性质
晶体材料的应用
晶体的硬度、韧性等力学性质与其内部原 子排列密切相关，这些性质决定了晶体在 不同工程领域的应用价值。
晶体材料广泛应用于电子、光学、激光、 半导体等领域，如单晶硅、宝石等。了解 晶体的性质是实现这些应用的关键。
分子的选择性
分子的选择性是指分子在化学反应中对反应物的选择性和对产物的选择性。选择性强的分 子可以在特定条件下优先与某些反应物发生反应，产生特定的产物。
04
晶体结构与性质
晶体结构的基础知识
晶体定义与分类
晶体是由原子、分子或离子在空 间按一定规律重复排列形成的固 体物质。根据晶体内部原子、分 子或离子的排列方式，晶体可分 为七大晶系和14种空间点阵。
电子显微镜技术
• 总结词：分辨率和应用 • 电子显微镜技术是一种利用电子显微镜来观察样品的技术。相比光学显微镜，
电子显微镜具有更高的分辨率和更大的放大倍数，因此可以观察更细微的结构 和组分。 • 电子显微镜技术的分辨率一般在0.1~0.2nm左右，远高于光学显微镜的分辨 率（约200nm）。因此，电子显微镜可以观察到更小的晶体结构、病毒、蛋 白质等细微结构。 • 电子显微镜技术的应用范围很广，例如在生物学领域中，可以用于观察细胞、 病毒、蛋白质等生物样品的结构和形态；在环境科学领域中，可以用于观察污 染物的分布和形态；在材料科学领域中，可以用于观察金属、陶瓷、高分子等 材料的表面和断口形貌等。
《结构化学》PPT课件
(2)反键轨道具有和成键轨道相似的性质，每一轨道也可 按Pauli不相容原理、 能量最低原理和Hund规则安排电子， 只不过能级较相应的成键轨道高，轨道的分布形状不同。
(3)在形成化学键的过程中，反键轨道并不都是处于排斥 的状态，有时反键轨道和其他轨道相互重叠，也可以形成 化学键，降低体系的能量，促进分子稳定地形成。利用分 子轨道理论能成功地解释和预见许多化学键的问题，反键 轨道的参与作用常常是其中的关键所在，在后面讨论分子 的化学键性质时，将会经常遇到反键轨道的作用问题。
方程
i i
ii
分子体系总能量 E = ∑Ei
2．分子轨道是由分子中原子的原子轨道线性组合(li near combination of atomic orbitals， LCAO)而成。
由n个原子轨道组合可得到n个分子轨道，线性组合 系数可用变分法或其它方法确定。由原子轨道形成 的分子轨道，能级低于原子轨道的称为成键轨道， 能级高于原子轨道的称为反键轨道，能级等于或接 近原子轨道的一般为非键轨道。 3．两个原子轨道要有效地组合成分子轨道，必须满 足对称性匹配，能级相近和轨道最大重叠三个条件。 其中对称性匹配是先决条件，其它影响成键的效率。 4．分子中电子按 Pauli不相容原理、 能量最低原 理和Hund规则排布在MO上
三键 三键
CO、NO的电子组态分别如下： CO [( 1σ)2 ( 2σ)2 ( 3σ)2 (4σ)2 (1π)4 (5σ)2 ] NO [( 1σ)2 ( 2σ)2 ( 3σ)2 (4σ)2 (1π)4 (5σ)2 (2π)1 ]
CO :
CO与N2是等电子体，
一样也是三重键：一个σ键， 二个π键，但是与N2分子不 同的是有一个π键为配键， 这对电子来自氧原子。(如 右图所示）CO作为一种配 体，能与一些有空轨道的 金属原子或离子形成配合 物。例如同ⅥB，ⅦB和Ⅷ 族的过渡金属形成羰基配 合物：Fe（CO)5、Ni(CO)4 和Cr(CO)6等。
(3)在形成化学键的过程中，反键轨道并不都是处于排斥 的状态，有时反键轨道和其他轨道相互重叠，也可以形成 化学键，降低体系的能量，促进分子稳定地形成。利用分 子轨道理论能成功地解释和预见许多化学键的问题，反键 轨道的参与作用常常是其中的关键所在，在后面讨论分子 的化学键性质时，将会经常遇到反键轨道的作用问题。
方程
i i
ii
分子体系总能量 E = ∑Ei
2．分子轨道是由分子中原子的原子轨道线性组合(li near combination of atomic orbitals， LCAO)而成。
由n个原子轨道组合可得到n个分子轨道，线性组合 系数可用变分法或其它方法确定。由原子轨道形成 的分子轨道，能级低于原子轨道的称为成键轨道， 能级高于原子轨道的称为反键轨道，能级等于或接 近原子轨道的一般为非键轨道。 3．两个原子轨道要有效地组合成分子轨道，必须满 足对称性匹配，能级相近和轨道最大重叠三个条件。 其中对称性匹配是先决条件，其它影响成键的效率。 4．分子中电子按 Pauli不相容原理、 能量最低原 理和Hund规则排布在MO上
三键 三键
CO、NO的电子组态分别如下： CO [( 1σ)2 ( 2σ)2 ( 3σ)2 (4σ)2 (1π)4 (5σ)2 ] NO [( 1σ)2 ( 2σ)2 ( 3σ)2 (4σ)2 (1π)4 (5σ)2 (2π)1 ]
CO :
CO与N2是等电子体，
一样也是三重键：一个σ键， 二个π键，但是与N2分子不 同的是有一个π键为配键， 这对电子来自氧原子。(如 右图所示）CO作为一种配 体，能与一些有空轨道的 金属原子或离子形成配合 物。例如同ⅥB，ⅦB和Ⅷ 族的过渡金属形成羰基配 合物：Fe（CO)5、Ni(CO)4 和Cr(CO)6等。
1结构化学第一章量子力学基础知识讲解课件
·结构与性能的关系（结构
决定 反映
性能）
结构化学的发展历程
▲利用现代技术不断武装自己
采用电子技术、计算机、单晶衍射、多晶衍射、原子光谱、 分子光谱、核磁共振等现代手段，积累了大量结构数据，为归 纳总结结构化学的规律和原理作基础；
▲运用规律和理论指导化学实践
将结构和性能联系起来，用以设计合成路线、改进产品 质量、开拓产品用途。
Wien假定辐射波长的分布与Maxwell分子速度分 布类似，计算结果在短波处与实验较接近。
经典理论无论如何也得不出这种有极大值的曲线。
Planck能量量子化假设
1900年，Planck（普朗克）假定，黑体中原子或 分子辐射能量时作简谐振动，只能发射或吸收频 率为、能量为h的整数倍的电磁能，即振动频 率为的振子，发射的能量只能是0h，1h， 2h，……，nh（n为整数）。
普朗克
The Nobel Prize in Physics 1918
Max Karl Ernst Ludwig Planck
Germany Berlin University Berlin, Germany
1858 - 1947
1.1.2
光电效应是光照在金属表面上，金属发射出电子的现象。
图1-3 光电效应示意图
“光子说”表明——光不仅有波动性，且有 微粒性，这就是光的波粒二象性思想。
Einstein
The Nobel Prize in Physics 1921
爱因斯坦
"for their theories, developed independently, concerning the course of chemical reactions"
结构化学基础5PPT课件
六方ZnS
闪锌矿
立方ZnS
ZnS型(立方型)
晶格: 面心立方
配位比: 4:4
红球－Zn2+ ,
绿球－S2-
晶胞中离子的个数:
Zn2+ :4个
S2- :61814个 28
(4)CaF2
CaF2 晶 体 属 立 方 面 心 点 阵 ， F － 作 简 单立方堆积，Ca2＋数目比F－少一半，所 以填了一半的立方体空隙，每一个Ca2＋由 八个F－配位，而每个F－有4个Ca2＋配位， 每个CaF2晶胞有4个Ca2＋和8个F。
μ为一结构参数，不同化合物的μ值不 同，金红石本身μ=0.31 ，一些过渡金 属氧化物TiO2、VO2、MnO2、FeO2；氟 化物MnF2、CoF2、NiF2为金红石结构。
黑球:Ti
白球:O
TiO2 (金红石)的结构
(6) CdI2和CdCI2
Cd I或CI
CdI2和 CdCI2 的层形 分子
碱金属的卤化物、氢化物，碱土金属的氧化物、硫 化物、硒化物、碲化物，过渡金属的氧化物、硫化物， 以及间隙型碳化物、氮化物都属NaCl型结构。
NaCl型结构
点阵型式是Na+离子的面心立方点阵 与Cl-离子的面心立方点阵平面交错，交 错的方式是一个面心立方格子的结点位 于另一个面心立方格子的中央。如图740所示。属立方晶系，配位数为6∶6， 即每个离子被6个相反电荷的离子所包围。 NaCl型的晶胞是立方面心，但质点分布 与CsCl型不同。
红砷镍矿（NiAs）
(3) ZnS
ZnS晶体结构有两种型式，即立方ZnS和 六方ZnS，这两种型式的ZnS，化学键的性质 相同，都是离子键向共价键过渡，具有一定 的方向性。Zn原子和S原子的配位数都是4， 不同的是原子堆积方式有差别。在立方ZnS中， S原子作立方最密堆积，Zn原子填在一半的四 面体空隙中，形成立方面心点阵；在六方ZnS 晶体中，S原子作六方最密堆积，Z原子填在 一半的四面体空隙中，形成六方点阵。
结构化学课件01王卫东化学.ppt
目前，由于电子计算机的迅速发展，量子 化学的比较严格较为精确的计算日益成为可能。 同时各种物理测试的手段也得到突飞猛进的发 展，特别是光电子能谱技术的兴起，以无可辩 驳的实验事实直接证明了量子化学中所用单电 子轨函模型的合理性，使理论计算与实验研究 能更紧密地结合起来。可预见，化学的基础理 论及实验方法都将有进一步的发展。在两个世 纪内发展起来的传统的实验与理论紧密相结合 的化学研究方法．在吸收了量子化学理论方法 及物理测试的实验方法后将如虎添翼，取得更 加光辉的成就。
如要研究动态结构，还要研究在整个 化学反应过程中电子状态如何随着原子核 的相对运动而发生变化，并讨论这种变化 如何制约着化学反应的进行。
其二是以归纳为主的方法，主要用一 些物理测试的手段，如X射线结构分析、 原子光谱、分子光谱、电学及磁学性质的 测定、核磁共振、电子自旋共振等方法来 研究物质内部原子的排列及运动状况、原 子和分子中电子的运动状态等。
课程内容
本课程为化学系各本科专业的一门重要基础课程， 包括的各部分内容如下：
绪论 第一章 量子力学基础知识 第二章 原子的结构和性质 第三章 共价键和双原子分子的结构和性质 第四章 分子的对称性 第五章 多原子分子的结构和性质 第六章 配位化合物的结构和性质 第七章 次级键及超分子的结构化学 第八章 晶体的点阵结构和晶体的性质 第九章 金属的结构和性质 第十章 离子化合物的结构化学
在“物质结构”中，由于计算比较复 杂的问题就要遇到难以克服的数学上的困 难。这时往往采用一些简化的模型，突出 地反映其中某一个因素或某几个因素所起 的作用。对这些简化的模型进行理论计算， 可得到一些新的概念和规律，我们就可运 用这些概念和规律分析比较复杂的问题。 我们要善于掌握所用模型的具体意义，特 别要明确其所突出表现的因素，并适当地 对其结果加以估价，并能与实验事实结合 起来用来分析处理比较复杂的问题。
结构化学 绪论 ppt
结构化学告诉你 —— “为什么”！
24
绪论
参考书目
1. 周公度，段连运，结构化学基础(第四版)，北京大学出版社， 2008 2. 西北大学《结构化学》精品课程网站 /jghx 3. 周公度，段连运，结构化学习基础题解析(第四版)，北京大学 出版社，2008 4. 徐光宪，物质结构(第二版)，高等教育出版社，1987 5. 李炳瑞编著，结构化学，北京：高等教育出版社，2004 6. 林梦海等编，结构化学(第二版)，北京：科学出版社，2008 7. R. McWeeny, C.A. Coulson著，原子价，余敬曾译，科学出版 社，1986 8. 徐森，物质结构目标教学辅导，上海科技文献出版社，32开， 1989（推荐）
基本知识已广泛地应用于化学的各个领域。特别是：当
今化学早已进入纳米空间(10-9m)、飞秒时间(10-15s)时 代，结构化学知识越显重要，很多学科领域都与结构化 学知识密切相关。 2.2.1 反应机理的研究 2.2.2 人工模拟生物固氮催化剂的合成
2.2.3 新材料、新药的合成
7
绪论
2.2.1 反应机理的研究 反应机理研究是一个既古老而又有很多问题尚不清楚 的学科。美国 R.Hoffmann 和日本Kenich Fukui分别提出 了分子轨道对称守恒原理和前线轨道理论，为此他们获得 了1981 年诺贝尔化学奖。由李远哲教授等（李远哲，D. R. Herschbach，J. Polanyi）创立的交叉分子束反应是研 究微观反应机理的重要实验手段，为此他们获得了1986年 诺贝尔化学奖。 常规的宏观动力学方法有时很难确定一些反应的具体 微观机理，只能是一种推断。 8
m 1
过渡态
400
300
209 389
结构化学课件.ppt
发展简史：
“物质结构”这门学科是在十九世纪末叶逐步发 展起来的。当时由于生产力的不断提高，实验技术 有了很大的发展。有一些物理学家观察到许多现象， 用当时已经非常成熟、理论体系已经非常完整的经 典物理学理论无法加以说明，甚或与其推论完全相 反。最主要的发现有：电子的发现、元素的天然放 射现象的发现、黑体辐射现象的规律的发现等。这 就迫使人们对经典物理学的体系提出革命性的见解， 并逐步发展新的理论体系。
量子力学基础知识、原子的结构和性质、分子 的结构和性质、化学键理论、晶体化学、研究结构 的实验方法等。
结构化学是在原子、分子水平上研究物质分子构 型与组成的相互关系，以及结构和各种运动的相互影 响的化学分支学科。它是阐述物质的微观结构与其宏 观性能的相互关系的基础学科。
结构化学是一门直接应用多种近代实验手段测定 分子静态、动态结构和静态、动态性能的实验科学。 它要从各种已知化学物质的分子构型和运动特征中， 归纳出物质结构的规律性；还要从理论上说明为什么 原子会结合成为分子，为什么原子按一定的量的关系 结合成为数目众多的、形形色色的分子，以及在分子 中原子相互结合的各种作用力方式，和分子中原子相 对位置的立体化学特征；结构化学还要说明某种元素 的原子或某种基团在不同的微观化学环境中的价态、 电子组态、配位特点等结构特征。
当对很多个别具体对象进行测量后，再总结成 规律。当然这些测试方法的原理，也是以量子理论 为基础的。其中有一种称做原子参数图示方法或键 参数函数方法，可以总结出对冶金、化工等科学技 术上有实际意义的规律。这些规律对于发展化学健 理论也有其价值。
两条途径中，前者主要是量子化学的主要内容， 后者主要是物理测试方法等的内容。当然这两部分 内容彼此间还是有密切联系的。前者的基本理论都 是来源于实践，在由实践总结成基本理论时，归纳 法也起了很重要的作用。后者又依靠前者作为理论 基础，在由基本理论指导新实验技术的建立和发展 时，演绎法也有重要的作用。
结构化学晶体学基础ppt课件
晶体学基础
气态
物质的三种聚集态 液态 晶体
固态 准晶体 非晶体
晶体学基础
• 非晶体
在它们内部原子或分子的排列没有周期性的结构 规律，像液体那样杂乱无章地分布，可以看作过冷 液体，称为玻璃体、无定形体或非晶态物质。
玻璃体的结构特点
晶体学基础
• 准晶体
准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有 完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性， 因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。准晶体的发现， 是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。
金刚石中的滑移面
晶体的微观对称性
7.3.2 230个空间群 空间群符合一般用熊夫利和国际符号联合表示
晶体结构的周期性和点阵理论
3 晶体具有确定的熔点
晶体结构的周期性和点阵理论
4 晶体的对称性和对X射线的衍射
晶体的理想外形具有特定的对称性，这是内 部结构对称性的反映。晶体结构的周期大小和X 射线的波长相当，使它成为天然的三维光栅，能 够对X射线产生衍射。而晶体的X射线衍射，成 为了解晶体内部结构的重要实验方法。
晶胞
• 晶胞的两个基本要素：
晶胞
• 分数坐标
OP = xa + yb + zc
x, y, z为P原子的分数坐标。 x, y, z为三个晶轴方向单位 矢量的个数(是分数)(晶轴 不一定是相互垂直)。 x, y, z一定为分数
晶胞
• 凡不到一个周期的原子的坐标都必须标记，分 数坐标，即坐标都是分数，这样的晶胞并置形 成晶体。
点阵结构
2. 从晶体点阵结构中抽象出点阵 例1. 等径圆球排列形成的一密置列直线点阵
一个点阵点代表一个球 重复周期为a a = 2r
气态
物质的三种聚集态 液态 晶体
固态 准晶体 非晶体
晶体学基础
• 非晶体
在它们内部原子或分子的排列没有周期性的结构 规律，像液体那样杂乱无章地分布，可以看作过冷 液体，称为玻璃体、无定形体或非晶态物质。
玻璃体的结构特点
晶体学基础
• 准晶体
准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有 完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性， 因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。准晶体的发现， 是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。
金刚石中的滑移面
晶体的微观对称性
7.3.2 230个空间群 空间群符合一般用熊夫利和国际符号联合表示
晶体结构的周期性和点阵理论
3 晶体具有确定的熔点
晶体结构的周期性和点阵理论
4 晶体的对称性和对X射线的衍射
晶体的理想外形具有特定的对称性，这是内 部结构对称性的反映。晶体结构的周期大小和X 射线的波长相当，使它成为天然的三维光栅，能 够对X射线产生衍射。而晶体的X射线衍射，成 为了解晶体内部结构的重要实验方法。
晶胞
• 晶胞的两个基本要素：
晶胞
• 分数坐标
OP = xa + yb + zc
x, y, z为P原子的分数坐标。 x, y, z为三个晶轴方向单位 矢量的个数(是分数)(晶轴 不一定是相互垂直)。 x, y, z一定为分数
晶胞
• 凡不到一个周期的原子的坐标都必须标记，分 数坐标，即坐标都是分数，这样的晶胞并置形 成晶体。
点阵结构
2. 从晶体点阵结构中抽象出点阵 例1. 等径圆球排列形成的一密置列直线点阵
一个点阵点代表一个球 重复周期为a a = 2r
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2、电子排布式
①电子排布式 例：写出Zn的电子排布式
Zn为30号元素，电子共30个 依据构造原理 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10
书写时：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 写出K Ca Ti Co Ga Kr Br的电子排布式
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③原子轨道的电子云轮廓图 s轨道的电子云轮廓图
npx轨道电 npy轨道电 子云轮廓图 子云轮廓图
npz轨道电 子云轮廓图
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nd轨道电子云轮廓图
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五、泡利原理和洪特规则
核外电子的基本特征
量 主量子数
子 化
角量子数
描 磁量子数 述
Ens﹤E(n+1) s ﹤ E(n+2) s ﹤ E(n+3) s
E ﹤E ﹤ E ﹤ E 2021/3/7
np
(n+1)p
CHE(nNL+I 2)p
(n+3)p
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能层 K L
M
N
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
能级 电子 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14
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2、原子轨道
①定义
电子在原子核外的一个空间运动状态
②原子轨道与能级
ns能级 ns轨道
npx轨道 简
np能级 npy轨道 npz轨道
并 轨 道
nd能级
ndz2轨道
ndx2—y2轨道
ndxy轨道 ndxz轨道 ndyz轨道
同一能级中的轨道能量相等，称为简并轨道
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二、能层与能级
1、能层
电子层
能层名称 一 二 三 四 五 六 七 能层符号 K L M N O P Q
从K至Q ，能层离核越远，能层能量越大 每层最多容纳电子的数量：2n2
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2、能级
同一个能层中电子的能量相同的电子亚层
能级名称：s、p、d、f、g、h…… 能级符号：ns、np、nd、nf…… n代表能层 最多容纳电子的数量 s:2 p:6 d:10 f:14
数
能层 2 8 电子
数 2n2 2n2
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18 2n2
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32 2n2
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三、构造原理与电子排布式
1、构造原理
多电子基态原子的电子按能级交错的形式排布
电子排布顺序
1s
→ 2s → 2p
→ 3s → 3p
→ 4s → 3d → 4p →
→ 5s → 4d → 5p →
→ 6s → 4f 2021/3/7 → 5d →CHEN6LIp……
140亿年后的今天： 氢原子占88.6% 氦原子为氢原子数1/8 其他原子总数不到1%
99.7%
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2、地球中的元素
绝大多数为金属元素 包括稀有气体在内的非金属仅22种 地壳中含量在前五位：O、Si、Al、Fe、Ca
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3、原子的认识过程
古希腊哲学家留基伯和德谟克立特 思辨精神
能层: 一 二
三
KL
M
四…… N ……
能级： 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
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3、注意问题
①能层与能级的关系 每一能层的能级从s开始，s,p,d,f…… 能层中能级的数量不超过能层的序数
②能量关系
EK﹤EL ﹤ EM ﹤ EN
Ens﹤Enp ﹤ End ﹤ Enf
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②电子云轮廓图
电子出现的概率约为90%的空间 即精简版电子云
③电子云轮廓图特点 a.形状 ns能级的电子云轮廓图：球形 np能级的电子云轮廓图：双纺锤形
nd能级的电子云轮廓图：多纺锤形
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b.电子云扩展程度
同类电子云能层序数n越大，电子能量越 大，活动范围越大电子云越向外扩张
③特殊规则 例：写出Cr和Cu的电子排布式
全满规则 半满规则
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四、电子云与原子轨道
1、电子云 薛定谔等 以量子力学为基础
①电子云
处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间 的概率密度分布的形象化描述
小黑点：概率密度
单位体积内出现的概率 小黑点越密概率密度越大
小黑点不是电子！
1s2 2s2
2p4
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原子结构的表示方法 原子结构示意图
原202子1/3/7：源自古希腊语CAHEtNoLIm，不可再分的微粒5
1803年 道尔顿（英） 原子是微小的不可分割的实心球体
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1897年，英国科学家汤姆生 枣糕模型
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1911年，英国物理学家卢瑟福 电子绕核旋转的原子结构模型
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Zn：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 Ar 简 化
Zn：[Ar] 3d10 4s2 ②简化电子排布式
价层电子：主族、0族元素最外层 副族、Ⅷ族最外层和次外层
写出K Ca 2021/3/7 Ti Co Ga Kr CHENLI Br的简化电子排布19式
原子结构与性质 分子结构与性质
晶体结构与性质
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原子结构
原子结构与元素的性质 共价键
分子的立体结构
分子的性质
晶体的常识
分子晶体与原子晶体
金属晶体
离子晶体
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第一章 原子的结构与性质
第一节 原子结构
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一、开天辟地——原子的诞生
1、原子的诞生
宇宙大爆炸2Βιβλιοθήκη 时：大量氢原子、少量氦原子 极少量锂原子
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1913年，丹麦科学家玻尔 行星轨道的原子结构模型
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1926年，奥地利物理学家薛定谔等 以量子力学为基础提出电子云模型
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质子（正电） 原子核 原子 （正电） 中子（不带电）
不显 电性 核外电子 分层排布
（负电） 与物质化学性质密切相关
自旋量子数
能层 能级 轨道 自旋
大范围 小范围
公转 自转
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1、泡利原理
填多少
每个轨道最多只能容纳2个电子
且它们的自旋方向相反
2、洪特规则
怎么填
电子总是优先单独地占据简并轨道
且它们的自旋方向相同
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3、电子排布图
例：写出O原子的电子排布图 O原子的电子排布式： 1s2 2s2 2p4