原子结构和分子结构

半充满
s1、p3、d5、f7
全充满
s2、p6、d10、f14
全空
s0、p0、d0、f0
4.电子构型
电子在原子轨道中的排布方式称为电子层结构，简称电子构型。
1）轨道表示式
例如氮原子的轨道表示式为
或
1s 2s
2p
1s 2s
2p
2）电子排布式
氮原子的电子排布式为
排布的电子数
7N
1s22s22p3
电子层数
8.2.2 元素性质的周期性变化 原子半径
（1）金属半径 在金属单质晶体中，相邻两原子核间 距离的一半称为金属半径。
（2）共价半径 同种元素的两原子以共价单键结合 时，其核间距的一半，称为共价半径。
（3）范德华半径 在分子晶体中，相邻两分子的两原 子的核间距的一半称为范德华半径。
图8—4 元素原子半径与原子序数的关系
以把一个电子层分成一个或几个亚层，分别 用s、p、d、f等符号表示。 s亚层电子云是以原子核为中心的球形，p亚层的 电子云是纺锤形
3）电子云的伸展方向 s电子云是球形对称的，在空间各个方向上伸展的程度相 同。P电子云在空间有三个伸展方向。d电子云可以有五 种伸展方向，f电子云可以有七种伸展方向。
表8—1 各电子层的原子轨道数
3.区
根据原子中最后1个电子填充的轨道（或亚层）不同，把周 期表中的元素划分为4个区。
表9—3 周期表中元素的分区
区
外电子层构型
s ns 1~2 p ns2np 1~6 d (n－1)d 1~10 ns 1~2 f (n－2)f 1~14 (n－1)d 0~1 ns
1~2
包含的族
ⅠA和ⅡA族 ⅢA和ⅦA族 ⅠB和ⅧB族 La系和Ac系
2.共价键的类型
(1) 键:如果两个原子轨道都沿
着轨道对称轴的方向重叠， 键轴（原子核间的连线）与 轨道对称轴重合，或者说以 “头碰头”的方式发生原子 轨道重叠.
(2) 键:如果两个P轨道的对称轴
相平行，同时它们的节面又 互相重合，那么这两个P轨 道就可以从侧面互相重叠， 重叠部分对称于节面，这样 形成的共价键称为键。形象 地说，键是两个P轨道以 “肩并肩”的方式重叠而形 成的共价键。
Cl
Cl
120° C O H
图8-7 四氯甲烷分子和甲醛分子中的键角
4）键的极性和分子的极性 分子的极性与共价键的极性、分子的空间构型有关。 双原子分子中 : 极性键形成的分子是极性分子，非极性 键形成的分子是非极性分子 多原子分子中 : 化学键都是非极性的是非极性分子，化 学键是极性的，但化学键空间分布对称，分子的偶极矩 为零，分子是非极性的。
(2)
(3)
2s
2p
(4)
(5)
(7)
3s
3p
3d
1s＜2s ＜ 2p ＜ 3s ＜ 3p ＜ 4s ＜ 3d ＜ 4p ＜ 5s ＜ 4d ＜ 5p ＜ 6s ＜ 4f ＜ 5d ＜ 6p ＜ 7s ＜ 5f ＜ 6d ＜ 7p
(6)
(8)
(10)
(13)
4s
4p
4d
4f
(9)
(11)
(14)
(17)
核外电子的运动状态
1）电子层 电子层按离核远近的顺序不同分为若干层，
用字母n表示。离核最近的，n=1为第1层，其 余依次类推， n=2为第2层， n=3为第3层 习 惯上用 K、L、M、N、O、P、Q等来表示。 2）电子亚层和电子云形状 在同一个电子层中，电子的能量还稍有差别，电
子云的形状也不相同。根据这个差别，又可
（1）每个原子轨道只能容纳两个电子，且自旋方向反。 （2）s、p、d、f亚层最多容纳的电子数分别为2、6、
10、14。 （3）各电子层最多容纳2n2个电子。
2.能量最低原理 多电子原子处于基态时，在不违背泡利不相容原理的前提 下，电子尽可能先占据能量较低的轨道，而使原子体系的 总能量最低，处于最稳定状态。 3.洪特规则 洪特（Hund）于1925年根据大量的光谱实验数据总结出 一个规律，即电子在等价轨道（即能量相同的原子轨道） 上排布时，总是尽可能分占不同的轨道且自旋方向相同。
亚层（能级）符号
Al 1s22s22p63s23p1 Fe 1s22s22p63s23p64s23d6 3）价电子层结构
表示为 [Al] 3s23p1 表示为 [Fe] 4s23d6
价电子层结构指的是价电子（即能参与成键的电子）所排布 的电子层结构。
主族 副族
ns 1~2 np 1~6 (n－1)d 1~10 ns 1~2
8.2 电子层结构与元素周期系
元素周期律是指：随着原子序数的递增，元素的性质呈周期性 变化的规律。
8.2.1 元素周期系与电子层结构的关系
1.周期
元素周期表中共有7个横行，称为7个周期。
具有相同的电子层数而又按照原子序数递增的顺序排列的一系 列元素称为一个周期。
2.族
在周期表中有18 个纵行。除8、9、10这3个纵行（称为第Ⅷ族 外），其余15个纵行，每个纵行标为一族。族可分为主族和副 族。由短周期和长周期元素共同构成的族，称为主族（A）； 完全由长周期元素构成的族，称为副族（B）。
电子层
亚层
原子轨道数
1
s
1=12
2
s、p
1+3=4=22
3
s、p、d
1+3+5=9=32
4
s、p、d、f
n
1+3+5+7=16=42
n2
4）电子的自旋 9.1.2 多电子原子轨道的能级
7s
6d
4f
6p
6s
5d
3f
5p
5s
4d
4p
4s
3d
3p
3s
2p
2s
1s 图8—1 原子轨道近似能级图
(1) 1s
3.共价键的键参数
在讨论以共价键形成的分子时，常用到键长、键能、键角、
键的极性等表征共价键性质的物理量，这叫做共价键的键参
数。1）键长
键长是分子中成键的两个原子核间的平均距离（即核间距）。
2）键角
分子中某一原子与另外两个原子形成的两个共价键在空间形
成的夹角叫做键角。
3）键能
Cl
H
109wenku.baidu.com5°
C
Cl
8.3 分子结构
8.3.1共价键理论
共价键：原子间通过共用电子对（电子云重叠）而形成 的化学键称为共价键。
1.共价键的饱和性和方向性
饱和性：两个原子相接近时，自旋方向相反的未成对的 价电子可以配对形成共价键。一个原子含有几个未成对 电子，就可以和几个自旋方向相反的电子配对成键 。
方向性：成键原子的电子云必须在各自密度最大的方向 上重叠，这就决定了共价键具有方向性
5s
5p
5d
5f
(12)
(15)
(18)
6s
6p
6d
(16) 7s
(19) 7p
图8—2 电子填入原子轨道的顺序
8.1.3 原子核外电子的排布 1.泡利不相容原理 泡利（Pauli）于1925年根据元素在周期表中的位置和光 谱分析结果提出：“在同一个原子中没有运动状态4个方 面完全相同的电子存在。”