1、第一章 原子结构与结合键Atomic Structure and Interatomic Bonding,1-1 原子结构Atomic Structure,一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。 原子（Atom）： 化学变化中最小微粒 分子（Molecule）：单独存在 保存物质化学特性 离子（Ion）：由原子转变而成。 原子是由原子核（质子和中子）及核外的电子所构成。 电子、质子、中子等通称为微观粒子。,物质世界,一. 微观粒子的运动,粒子具有波粒二象性。,能量：,动量：,单粒子一维运动的波函数：,薛定谔（Schrodinger E.）方程：,粒子说,
2、波动说,微观粒子的量子效应：,粒子可以存在多种运动状态，可以用1、 2、 3、 n等波函数表示。相对应的每个状态，能量有确定值E1、 E2、 E3、 E1、等分立的数值，即能量量子化。存在零能点，即体系处于基态时仍有一定的动能。粒子运动没有经典的运动轨道，只有几率分布。粒子分布呈现波性，可为正值、负值，也可以为零， =0点称为节点，节点多的状态对应的能量也较高。,二. 氢原子结构,1879年 J.J Thomson 发现电子，揭示了原子内部秘密1911年 E.Rutherford提出原子结构有核模型1913年 N.Bohr将 Bohr 原子模型,Na原子模型,Dalton原子学说 (1803年
3、) Thomson“西瓜式”模型 (1904年) Rutherford核式模型 (1911年)Bohr电子分层排布模型 (1913年)量子力学模型(1926年),原子理论的发展,单电子原子的薛定谔方程：,波函数：,量子数n、l量子数l、m量子数m,1、主量子数 n,取值：1、2、3、4、,是决定电子能量的主要参数，表征电子所处的壳层及电子运动轨道的大小,壳层,2、轨道角量子数 取值：,是决定电子能量的另一个参数, 表征轨道的形状和轨道角动量的大小。,轨道名称,3,f,轨道,代表电子自旋的取向和自旋角动量在特殊方向的分量,3、轨道磁量子数 取值：,表征轨道角动量在特殊方向（如磁场方向）上的可能分
4、量或轨道在空间的可能取向。,如 时 ，,3个可能的取向,4、自旋方向量子数 取值：,ml=0、1、 2、 l,原子轨道和电子云的角度分布图：,x,y,z,xz,x2-y2,3S,3p,3p,3p,3d,3d,三. 多电子原子结构,核外电子的排布（electron configuration)规律,能量最低原理:电子在原子轨道中的排布，要尽可能使整个原子系统能量最低。,Pauli不相容原理:每个原子轨道中最多容纳两个自旋方式相反的电子。,Hund 规则:在 n 和 l 相同的轨道上分布的电子,将尽可能分占 m 值不同的轨道, 且自旋平行。,全满：p6，d10，f14；半满：p3，d5，f7；全空
5、：p0，d0，f0。,半满全满规则：,电子填满各能级次序,而不是,四. 原子的电离能、电子亲合能及电负性,基态气体原子失去电子成为带一个正电荷的气态正离子所需要的能量称为第一电离能，用 I 1表示。,由+1价气态正离子失去电子成为带+2价气态正离子所需要的能量称为第二电离能，用 I 2表示。,A+ (g) A 2+ (g) + e- I 2=E=E(A2+)-E(A+),A (g) A+ (g) + e- I 1=E=E(A+)-E(A),例如：,1. 电离能 Ionization energy,e-,e-,e-,电离能变化趋势,同周期主族：从左至右，Z逐渐增大，I1也逐渐增大。稀有气体I1最
6、大。同周期副族：从左至右，Z增加不多，原子半径减小缓慢，其I1增加不如主族元素明显。 同一主族：从上到下，Z增加不多，但原子半径增加，所以I1由大变小。 同一副族电离能变化不规则。,元素的气态原子在基态时获得一个电子成为一价气态负离子所放出的能量称为电子亲和能。当负一价离子再获得电子时要克服负电荷之间的排斥力，因此要吸收能量。 A (g) + e - A- (g)+Y,O (g) + e - O- (g) Y1 =-140.0 kJ . mol-1O- (g) + e - O2- (g) Y2 =844.2 kJ . mol-1,例如：,2. 电子亲和能 Electron affinity,同
7、一周期： 从左到右， A 的负值增加，卤素的 A 呈现最大负值。A (A)为正值， A(惰性气体) 为最大正值。同一族： 从上到下，大多 A的负值变小。A(N)为正值。A 的最大负值不出现在 F 原子而在 Cl 原子。,3. 原子的电负性 Electronegativity 1932年，泡林提出电负性的概念，用来确定化合物中的原子对电子吸引能力的相对大小。 如果原子吸引电子的趋势相对较强, 元素在该化合物中显示电负性(electronegative)；如果原子吸引电子的趋势相对较弱,元素在该化合物中则显示电正性(electropositive)。,化合物 电负性元素 电正性元素 ClO2 (C
8、l-O化合物) O(3.44) Cl(3.16) HCl Cl(3.16) H(2.20),鲍林（Pauling）标度：是根据热为学数据计算出来的相对大小数据。这是目前最常用的电负性。密立根（Mulliken）标度 ：根据电离能和亲合能计算出来的数据。阿莱罗周（Allred-Rochow） 标度：根据核电荷和电子间的库仑引力计算出来的数据。,电负性的标度有多种，常见的有 ：,H He2.1 4.16Li Be B C N O F1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0Na Mg Al Si P S Cl0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.5 3.0K Ca Sc Ti V
9、 Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br 0.8 1.0 1.3 1.5 1.6 1.6 1.5 1.8 1.9 1.9 1.9 1.6 1.6 1.8 2.0 2.4 2.8Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 1.9 2.2 2.2 2.2 1.9 1.7 1.7 1.8 1.9 2.1 2.5Cs Ba La-Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At0.7 0.9 1.0-1.2 1.3 1.5 1.7 1.9 2.2 2.2 2.2 2.4 1.9 1.8 1.9 1.9 2.0 2.2Fr Ra Ac-No0.7 0.9 1.1-1.3,电负性的周期性,金属性元素的电负性一般在2.0以下，非金属性性元素一般在2.0以上。电负性最大的元素是位于右上方的F，电负性最小的元素是位于左下方的Fr（Fr是放射性元素）。,电离能,电子亲和能,原子及离子半径,电负性,Thanks,
