湖南科技大学普通化学05第五章物质结构基础.ppt

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1、本章学习要求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。掌握核外电子排布的一般规律及其与元素周期表的关系。了解化学键的本质及键参数的意义。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。解分子间作用力以及晶体结构与物质物理性质的关系。2010.9.23第五章物质结构基础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5.4晶体结构2010.9.235.1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？现在人们以每年数十万计的速度在发

2、现新的化合物。我们怎么知道它是新化合物？2010.9.235.1.1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=vhv=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·s-1，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：=h/mv式中，为粒子波的波长；v为粒子的速率，m为粒

3、子的质量2010.9.23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电子衍射实验示意图2010.9.23棱镜3.氢原子光谱示意图狭缝415nm435nm487nm660nm电子束氢放电管式中，R为常数，n1、n2必须是正整数且n1

4、变换为球面坐标：x=rsinθcosφy=rsinθsinφz=rcosθr2=x2+y2+z2球面坐标变换rsinzxy•P(x,y,z)z=rcosθx=rsinθcosφy=rsinθsinφφθr2010.9.23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

5、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。2010.9.23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)。n,l,m轨道ψ(r,θ,φ)R(r)Y(θ,φ)1,0,01s2,0,02s2,1,02pz2px2py2,1,±12010.9.23波函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

6、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。2010.9.23(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

7、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·mol-1,n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。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zx+-2010.9.23