第5章 物质结构基础《普通化学》(第五版).ppt

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1、物质结构基础第5章本章学习要求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。3了解化学键的本质及键参数的意义。4了解杂化轨道理论的要点，能应用该理论判断常见分子的空间构型、极性等。5了解分子间作用力以及晶体结构与物质物理性质的关系。第5章目录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5.4晶体结构5.1原子结构的近代概念化学是一门历史悠久的科学，但为什么现代化学直到20世纪初才开始迅速地发展？现在人们以

2、每年数十万计的速度在发现新的化合物。我们怎么知道它是新化合物？思考两个问题：5.1.1波函数1光的波粒二象性20世纪初，爱因斯坦提出了质能转换关系：E=mc2光具有动量和波长，也即光具有波粒二象性。由于E=hvc=vhv=mc2=mcv所以=h/mc=h/p式中，c为光速,h为普朗克常数，h=6.62610-34J·sˉ1，p为光子的动量2微观粒子的波粒二象性光的波、粒二象性揭示了光被人们忽略的另一面，反之，粒子是否也具有被忽视的另一面，即波动性质呢？德·布罗意(de·Broglie)提出微观粒子也具有波的性质，并假设：

3、=h/mv式中，为粒子波的波长；v为粒子的速率，m为粒子的质量电子衍射实验示意图图5.1电子衍射示意图1927年，粒子波的假设被电子衍射实验所证实。定向电子射线晶片光栅衍射图象3氢原子光谱示意图狭缝415nm435nm487nm660nm电子束电子束氢放电管棱镜式中，R为常数，n1、n2必须是正整数且n1

4、普朗克常数，m为电子的质量。波函数变换为球面坐标：x=rsinθcosφy=rsinθsinφz=rcosθr2=x2+y2+z2图5.3球面坐标变换rsinzxy•P(x,y,z)z=rcosθx=rsinθcosφy=rsinθsinφφθr在整个求解过程中，需要引入三个参数，n、l和m。结果可以得到一个含有三个参数和三个变量的函数=n,l,m(r,,)由于上述参数的取值是非连续的，故被称为量子数。当n、l和m的值确定时，波函数(原子轨道)便可确定。即：每一个由一组量子数确定的波函数表示电子的一种运动状态。由波函数的单值性可

5、知，在一个原子中，电子的某种运动状态是唯一的，即不能有两个波函数具有相同的量子数。n,l和m的取值必须使波函数合理(单值并且归一)。结果如下：n的取值为非零正整数，l的取值为0到(n–1)之间的整数，而m的取值为0到±l之间的整数。n,l,m轨道ψ(r,θ,φ)R(r)Y(θ,φ)1,0,01s2,0,02s2,1,02pz2px2py波函数可以被分解为径向部分R(r)和角度部分Y(θ,φ)，即：ψ(r,θ,φ)=R(r)·Y(θ,φ)氢原子的波函数如下(其中2px和2py由ψ(2,1,-1)和ψ(2,1,1)线性组合而成)。2,1,±1波函

6、数是描述核外电子运动状态的函数，也称为原子轨道。原子轨道与经典力学的轨道是完全不同的两个概念。之所以这样叫，只是沿用了“轨道”这个名称而已。波函数角度部分Y(θ,φ)在三维坐标上的图像称为原子轨道的角度分布，图像中的正、负号是函数值的符号。氢原子的1s轨道：角度部分为，是一个与角度无关的常数，其图像是一个半径为的球面。氢原子的2pz轨道：角度部分为，只与θ角度有关，由于θ是r与z轴的夹角，其图像是一个沿z轴分布的互切双球面。在z轴正向，函数值大于0，z轴反向，函数值小于0。(1)主量子数n的物理意义：表示核外的电子层数并确定电子到核的平均距离

7、确定单电子原子的电子运动的能量n的取值：n=1，2，3，…量子数求解H原子薛定谔方程得到：每一个对应原子轨道中电子的能量只与n有关：En=(–1312/n2)kJ·molˉ1n的值越大，电子能级就越高。n=1，2，3，4,···对应于电子层K，L，M，N,···(2)角量子数l的物理意义：l的取值：l=0,1,2,3,···,(n–1)l=0,1,2,3的原子轨道习惯上分别称为s、p、d、f轨道。图5.5原子轨道形状表示亚层，基本确定原子轨道的形状对于多电子原子，与n共同确定原子轨道的能量。s轨道投影yxdxy轨道投影yx++--pz轨道投影

8、zx+-(3)磁量子数m的物理意义：m的取值:m=0,1,2,···l,共可取2l+1个值确定原子轨道的伸展方向p轨道,m=-1,0,+1,有三个伸展方向d轨道,m