大学普通化学第5章.ppt

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1、物质结构基础第5章1、电子、原子核如何组成原子2、原子、原子如何组成分子3、分子、离子如何组成物质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晶体结构第17讲本章学习要求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。5.1原子结构的近代概念人类认识物质世界的过程古代的阴阳五行说；古希

2、腊的宇宙由火、气、水、土四种元素组成。(主观臆测)1805年道尔顿原子学说。(实验-假设——理论模型)1909年卢瑟夫含核原子模型（实验-修正-假设-新理论模型）1913年玻尔旧量子论（实验-修正-假设-创建新模型）量子力学理论——微观离子的波粒二象性（完善）原子很小，认识它很难。借助科学实验，透过现象推理，建立理论模型。只有随着实验技术的进步，才能进一步完善理论，才能正确的认识物质世界。棱镜氢原子光谱示意图与玻尔旧量子论狭缝415nm435nm487nm660nm电子束氢放电管式中，R为常数，n1、n2必须是正整数且n1

3、力学的束缚，没有认识到宏观世界与微观世界的根本区别，不能解释其它光谱。玻尔对氢原子光谱的解释5.1.1波函数1.光的波粒二象性（启发）20世纪初，爱因斯坦提出了质能转换关系：E=mc2由E=hv波动性：光的干涉、衍射粒子性：光的发射、吸收所以=h/mc=h/p6.62610-34J·s2.微观粒子的波粒二象性1924年德·布罗意(de·Broglie)提出微观粒子也具有波的性质，并假设：c=vhv=mc2=mcv3.电子衍射实验证实粒子波附图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解释：电子的波动性是遵循一定统计规律的概率波电子

4、运动的波长子弹运动的波长宏观与微观世界区别波长>>电子本身大小，与X射线波长大小相当,微观粒子的波动性不能忽略宏观物体波长小到难以测量,以至于波动性难以察觉,而仅表现为粒子性宏观：能被同时观测位置和速率，有确定的运动轨迹。微观：位置和速率不可能同时测准，无确定的运动轨迹。其波动性不能忽略，只能用统计的方法研究微观粒子的运动。1.波函数与量子数驻波及其特征:x=0时Ψ=0x=λ/2时Ψ=0三维驻波特征微观粒子的总能量及运动方程特征薛定谔方程是电子、原子等实物微粒运动所遵循的波动方程波函数变换为球面坐标：x=rsinθcosφy=rsinθsinφz=rcosθr2=x2+y2+z2rsin

5、zxy•P(x,y,z)z=rcosθx=rsinθcosφy=rsinθsinφφθr与实际问题相结合的薛定谔方程的解必须满足的条件(1)Ψ应是x、y、z连续函数，Ψ对x、y、z的一级偏微熵也是连续的。(2)Ψ应是单值的,因为某点的概率是单值的。(3)Ψ2应该可以积分,并且在整个空间的积分值等于1。即解薛定谔方程举例（最简单的）金属晶体中电子的运动方程V=0Ψ=0V=∞Ψ=0V=∞0L通解：函数连续的边界条件：A=0B≠0根据归一化条件：解的结果：注对于H原子其波函数的求解在整个求解过程中：需要引入三个参数，n、l、m。一组合理的n、l、m对应一个解：解是=n,l,m(r)由波函

6、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，即不能有两个波函数具有相同的量子数。2.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——1、2、3、4、l的取值为——0、1、2……(n–1)整数m的取值为——0、±1、±2……±l整数三个量子数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n,l,m轨道ψ(r,θ,φ)R(r)Y(θ,φ)2,1,±11,0,01s2,0,02s2,1,02pz2px2py2.波函数的角度分布图轨道Y(θ,φ)函数Y(θ,φ)图形1syx2sns

7、一个半径为的球面2pz2px2pyzx+-沿z、x、y轴分布的互切双球面zx+-zy+-d轨道四角花瓣下个幻灯片展示意义与特点只代表波函数的角度部分Y（θφ）图形，不代表总的波函数，更不是电子运动轨迹正负号代表角度部分的对称性，不代表电荷图的基本形状取决于l，图形的空间伸展方向取决于m。球形双球形d轨道,m=-2,-1,0,+1,+2有五个伸展方向图5.3b原子轨道伸展方向d轨道角度分布图四角花瓣形(1)主量