优·第五章_物质结构基础(讲授6学时).doc

《普通化学》教案 物质结构基础（讲授6学时） 一、本章教学内容 5.1 原子结构的近代概念 5.2 多电子原子的电子分布方式和周期系 5.3 化学键与分子间相互作用力 5.3.1 化学键 5.3.2 分子的极性和分子的空间构型 5.3.3 分子间相互作用力 5.4 晶体结构 二、本章教学要求 了解原子核外电子运动的基本特征，s 、p、 d 轨道波函数及电子云的空间分布情况； 掌握原子核外电子分布的一般规律及其与周期表的关系， 了解元素按s、p、d、ds、f分区的情况；联系原子结构和周期表了解元素某些性质递变的情况； 了解化学键的本质及共价键键长、键角等概念； 了解杂化轨道理论的要点，能用该理论说明一些分子的空间构型； 了解分子间力和晶体结构及对物理性质的影响； 三、本章教学难点、重点 重点: 四个量子数 核外电子分布的三个原理 核外电子分布式和外层电子分布式 元素周期律 化学键 分子间作用力 价键理论 难点: 波函数 杂化轨道理论 四、讲授内容概要 为深入了解物质性质变化规律，必须进一步在微观上考虑物质的结构。物质结构应包括以下几个层次：电子与原子核如何组成原子，原子如何组成分子，分子如何组成物质。由于物质结构的近代理论涉及到深奥的量子力学和晶体学， 本章只能介绍一些最重要的概念和结论，如电子在原子核外运动规律和分布及其与元素周期系的关系， 共价健的本质及其与分子构型的联系，晶体结构的基本类型等。 波粒二象性 微观粒子（如光子、电子等）在不同条件下能分别显示出波动性和微粒性的这一特征称为波粒二象性，是微观粒子的基本属性之一。如光在衍射中显示出波动性，而在光电效应中则又显示出微粒性。1924年德布罗依首先把光具有“波粒二象性”的概念加以推广，提出微观粒子同时具有波动性，称这种波为“物质波”（德布罗依波），并第一次预言了电子的波长： λ=h/mv （5-1） λ：波长 h：普朗克常量(6.626×10-34J·s) m：质量 v：运动速率 物体粒子 m/kg v/m·s-1 λ/pm 1V 电子 9.1×10-31 5.9×105 1 200 10 000V 电子 9.1×10-31 5.9×107 12 垒 球 2.0×10-1 30 1.1×10-22 枪 弹 1.0×10-2 1.0×103 6.6×10-23 表5-1一些运动粒子的波长 从上表可看出公式（5-1）中h的重要性，h 是个很小的值，m 接近于h 时， λ不能忽略；当mh时，因λ很小，波动性失去了意义。 德布罗依的假设于1927年被电子衍射实验所证实，该实验同时得出电子波是一种几率波的结论。必须指出，物质波不同于经典的机械波和电磁波，机械波是机械振动在介质中传播的过程，电磁波是电磁波动在空气中传播的过程，而物质波本身没有这样的物理意思，它并不是波浪式的微粒流，而是它的强度反映了粒子出现几率的大小（如电子衍射实验所示）。 波函数及四个量子数 既然原子核外的电子可以被当作一种波，就应该有波动力学方程来描述电子的运动规律。波动力学方程的数学解就是波函数ψ或原子轨道。在原子中核外电子的运动状态就是用波函数ψ 来描述的。ψ 是量子力学的基本方程（薛定谔方程）的解，它不是一个数值，而是一个表示原子周围空间位置（用空间坐标x,y,z表示）的函数式。微观粒子的各种物理量，都可通过波函数来确定。在空间某点，微观粒子（如电子等）出现的几率密度，跟波函数绝对值的平方|ψ|2 成正比。 波函数即原子轨道（波函数的空间图像就是原子轨道；原子轨道的数学表示式即波函数），但这里的原子轨道的含义不同于宏观物体的运动轨道，是指电子的一种空间运动状态，可以理解为电子在原子核外运动的某个空间范围。 表示氢原子中电子运动状态的波函数可以通过求解薛定谔方程而得到，为了保证解的合理性（或描述电子运动状态的合理性）需引入三个常数项（n,l,m），它们只能按一定的规则取值，即三个量子数。 （1）主量子数（principal quantum number） n 物理意义：确定电子离核远近（平均距离）和能级的主要参数。n相同的电子称为同层电子。 取值范围：1，2，3，4… （2）角量子数（angula momentum quantum number）l 物理意义：直观地看作轨道形状的量子数，也表示同以电子层中不同形状的分层（亚层subshell）。 取值范围：0，1，2，3??（n-1），共可取n个数。l的数值受n的数值限制,如,n=1时，l只可取0一个数值;n