物质结构基础研究报告.ppt

本章重点 四个量子数的概念及表示方法 原子核外的电子排布式、外层电子构型与元素周期表的关系。 分子的杂化类型及空间构型 晶体类型与物质性质的关系. 5.1 原子结构的近代概念 5.1.1 波函数 微观粒子: r 10-9 ~10-8 m 物理学的研究表明：微观粒子和经典力学中的质点不同，它不遵守牛顿力学定律，没有固定的运动轨迹，应用量子力学描述微观粒子的运动状态。 量子力学认为微观粒子的能量是量子化的，粒子可处于不同能级上，当粒子从一个能级跃迁到另一个能级时，能量变化是跳跃式、不连续的。 光的波粒二象性 1905年 A.Einstein 提出“光子学说” 波动性：干涉，衍射。 粒子性：光的性质可以用动量来描述。 微观粒子的波粒二象性 1924年法国物理学家德布罗衣提出电子等微粒也具有波粒二象性，并预言其波长入和质量m存在关系式： 1、波函数和量子数： 主量子数是确定电子离核远近（平均距离）和能级的主要参数。n值越大，表示电子离核的平均距离越远，所处状态的能级越高。 n=1.2.3.4…… K.L.M.N …… l=0 s轨道为球形对称状 l=1 p轨道为亚铃状 l=2 d轨道为花瓣状 l=3 f轨道为复杂的花瓣形 原子轨道的能量也与角量子数有关。 当主量子数相同，轨道的能量高低顺序为：ns np ndnf 。 氢原子1S轨道的角度分布示意图 图5.3 s p d f原子轨道的角度分布图： 氢原子1s电子云如图所示: 原子轨道和电子云的角度分布图相似，但有两点不同: （1）原子轨道的角度分布图有正负号之分，而电子云的角度分布图均为正值。 （2）电子云的角度分布图比原子轨道的角度分布图稍瘦些。电子云角度分布图如图5.6所示 5.2多电子原子的电子分布方式和周期系5.2.1多电子原子轨道的能级 当n相同时,L值增大，轨道的能量升高。 如：nsnpndnf 。 当L相同时,n值增大，轨道的能量升高。 如：1S2S3S， 2P3P4P 当主量子数和角量子数都不相同时:有能级交错现象: 3d4S，5S4d，6S4f。 n. L相同的轨道,能量相同，称为等价轨道.例如：3Px , 3Py , 3Pz 3、离子的电子排布式和外层电子构型 原子失去电子形成正离子时，失去的总是最外层电子 例如： 电子分布式 外层电子分布式 （外层电子构型） (1) Na+(11) 1S22S22P6 ( 3S1 ) 2S22P6 8电子构型 (2)Zn2+ (30) 1S22S22P63S23P63d10 (4S2) 3S23P63d10 18电子构型 (3)Fe3+ (26) 1S22S22P63S23P63d5 (3d14S2) 3S23P63d5 9—17电子构型 1、原子结构与元素周期律 （1）周期: 元素在周期表中所处周期序数=该元素原子的电子层数 （2）族: 主族及ⅠB、ⅡB的族序数=最外层电子数； ⅢB —ⅦB族序数 =（n-1）d电子数+ns电子数； ⅧA族 最外层电子数He为2；其余均为8； ⅧB族包括三个纵行, d电子数加ns电子数之和为8—10 同周期，从左至右，最高氧化值逐渐升高。 最高氧化值= 族序数（VIII族例外）。 非金属最低氧化值=族序数—8 。 副族元素大都有可变氧化值 。见表5.3 表5.3 第4周期副族元素的主要氧化值 3.电离能 元素的原子在气态时失去电子的难易，可以用电离能来衡量,电离能越大,失去电子越难。 电离能(I)：气态原子失去一个电子成为气态+1价离子，所需吸收的能量。A(g)+I?A+(g)+ e- 第一电离能(I1)：基态气态原子失去第一个电子成为气态+1价离子，所需吸收的能量。 A(g)+ I1 ?A+(g)+ e- 影响电离能大小的因素:原子的核电荷、半径与电子构型。 同一主族从上到下(本图中从左到右) I逐渐减小。 副族元素电离能变化缓慢，规律性不明显. 电子亲合能 元素的原子在气态时得到电子的难易，可以用电子亲合能来衡量,电子亲合能越大,越易得电子，非金属性越强。 第一电子亲合能(E1)： 基态气态原子得到一个电子成为气态-1价离子，所放出的能量。F(g)+ + e- ?F-(g) E1 =322kJ.mol-1 影响亲合能大小的因素: 原子的核电荷、半径与电子构型。 变化规律： 同周期从左到右 ， E 增大 同一主族从上到下 ，E 逐渐减小。