工化1物質(zhì)結(jié)構(gòu)

工程化學(xué)學(xué)時(shí)：30主講人：金永林主講人辦公室：G607HA403

電話：26704735原子結(jié)構(gòu)1-1-1波爾原子模型1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)1-1-3原子核外電子的分布1-1-4核外電子的分布和元素周期系1-1-5元素性質(zhì)的周期性1-1-1波爾原子模型波爾以下三點(diǎn)假設(shè)：1．在原子中，電子只能在符合一定條件的軌道中運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)不吸收能量也不放出能量，是處于一種穩(wěn)定態(tài)。

2.電子在不同的軌道上運(yùn)動(dòng)可具有不同的能量，電子運(yùn)動(dòng)所具有的能量稱為能級(jí)(energylevel)3.當(dāng)電子從一個(gè)能級(jí)躍遷到另一能級(jí)時(shí)吸收或放出能量，放出的能量一般以能量子的形式出現(xiàn)。躍遷定態(tài)運(yùn)動(dòng)氫原子的能級(jí)符合下列方程：電子躍遷放出或吸收的能量：E=E1-E21-1-1波爾原子模型當(dāng)電子在軌道離核最近，能量最低的軌道(即最低的能級(jí))上運(yùn)行，這時(shí)原子的狀態(tài)稱為氫原子的基態(tài)(groundstate)；當(dāng)氫原子中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)n不等于1(即電子不在能量最低的軌道上運(yùn)行)時(shí)，原子所處的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)(excitedstate)1-1-1波爾原子模型太陽光是連續(xù)光譜:紅橙黃綠青藍(lán)紫原子在加熱或受其它粒子轟擊時(shí)會(huì)發(fā)出特定波長的光譜，是不連續(xù)光譜：1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一．原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)宏觀物體運(yùn)動(dòng)遵循牛頓經(jīng)典力學(xué)定律:E=1/2mv2如飛機(jī)，槍彈等。微觀物體運(yùn)動(dòng)不遵循牛頓經(jīng)典力學(xué)定律，而遵循量子力學(xué)定律:如光子E=mv2等.1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)微觀粒子具有波粒二象性(adaulnature)光傳播有衍射現(xiàn)象，在17世紀(jì)光被認(rèn)為是一種波。1900年P(guān)lanck在研究黑體輻射時(shí)提出了能量子的概念，在這基礎(chǔ)上Einstein在1905年提出了光子理論，1924年LouisdeBroglie(Frenchphysicist)提出了所有的物質(zhì)都具有波粒二象性.1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)微觀粒子具有波粒二象性(adaulnature)1927年Davisson等發(fā)現(xiàn)電子穿過晶體有衍射現(xiàn)象，這同光衍射現(xiàn)象一樣，證明電子運(yùn)動(dòng)具有波動(dòng)性。而電子撞擊小飛輪能使小飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)這說明電子具有粒子性。1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)2.微觀粒子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)性由于電子運(yùn)動(dòng)具有波動(dòng)性，Heisenberg提出了測不準(zhǔn)原理ΔxΔv>=h/4π其中Δx是位置誤差，Δv是速度誤差

所以我們只能用統(tǒng)計(jì)的規(guī)律來了解電子的運(yùn)動(dòng).例如：基態(tài)氫原子中的電子在一個(gè)球形的區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)。1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)二．波函數(shù)和原子軌道每一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)著一個(gè)波函數(shù)Ψnlm(wavefunction)，Ψnlm在宏觀上沒有具體對(duì)應(yīng)的物理意義。我們把Ψnlm稱為原子軌道或原子軌函

。原子軌函是空間坐標(biāo)和時(shí)間的函數(shù);Ψ(x,y,z)=Ψnlm(r,θ,φ)=R(r)nlY(θ,φ)lm我們可以把波函數(shù)作圖。1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)波函數(shù)圖形S軌道px軌道py軌道pz軌道1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)二．波函數(shù)和原子軌道Ψ(x,y,z)=Ψnlm(r,θ,φ)=R(r)nlY(θ,φ)lmR(r)只與電子離核的距離有關(guān)，所以R(r)被稱為波函數(shù)的徑向部分(redialpartofwavefunction)。Y(θ，φ)只與兩個(gè)角度有關(guān)，所以被稱為波函數(shù)的角度部分，(angularpartofwavefunction)1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)Ψnlm在宏觀上沒有具體對(duì)應(yīng)的物理意義，但它的絕對(duì)值平方具有明確的物理意義。|Ψ|2是原子內(nèi)電子在核外某處出現(xiàn)的概率密度，即電子在原子核外某空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率。以|Ψ|2作圖得到的圖形稱為電子云(electroncloud)

1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)s電子云px電子云py電子云pz電子云dxy電子云

s軌道px軌道py軌道pz軌道1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)四個(gè)量子數(shù)描述電子在核外運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(能量，離核遠(yuǎn)近，形狀，方向，電子自旋等)需要四個(gè)量子數(shù)才能確定。1.主量子數(shù)(n，principalquantumnumber)描述電子層能量的高低，離核的遠(yuǎn)近等.n取值123456……∞光譜符號(hào)KLMNOP

n越大，能量越高，離核越遠(yuǎn).1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)2.副(角)量子數(shù)(l，azimuthalquantumnumber)即使在同一主層能量也有稍稍不同，所以引進(jìn)另一個(gè)量子數(shù)(l)來表示亞層.l取值012345…(n-1)光譜符號(hào)spdfgh

l還決定了原子軌道的形狀，如s軌道是球形的，p軌道是啞鈴形的，d軌道是四葉玫瑰瓣的等.1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)3.磁量子數(shù)(m，magneticquantumnumber),原子在磁場下，同一亞層能級(jí)還會(huì)發(fā)生分裂，這說明同一能級(jí)原子軌道在空間伸展的方向不同，需要引進(jìn)一個(gè)磁量子數(shù)(m)m的取值從-l…0…+l即0,±1,±2,,…±l.1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)l,m與軌道對(duì)應(yīng)的關(guān)系如下l012m0-101-2-1012spxpypzdxydxzdyzdx2-y2dz21-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以上三個(gè)量子數(shù)確定了原子中的軌道，是軌道量子數(shù)。在無磁場的情況下，角量子數(shù)相同而磁量子數(shù)不同的軌道的能量是相同的，例如：E2px=E2py=E2pz我們把同一個(gè)原子(或分子)中能量相同的軌道稱為等價(jià)軌道(equivalentorbital)或簡并軌道(degenerateorbital)，1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)例如:角量子數(shù)l相同的3個(gè)p軌道及5個(gè)d軌道等。l012m0-101-2-1012spxpypzdxydxzdyzdx2-y2dz21-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)4.自旋量子數(shù)(ms)電子在核外運(yùn)動(dòng)時(shí)還有自旋，它只有兩個(gè)，順逆時(shí)針，取值+1/2或-1/2(↑,↓)1921年斯脫恩(OttoStern)和日勒契(WalterGerlach)將一束原子束通過一不均勻磁場，原子束一分為二，偏向兩邊，證實(shí)了原子中未成對(duì)電子的自旋量子數(shù)(ms)值的不同?？傊河盟膫€(gè)量子數(shù)可描述原子中一個(gè)確定電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。1-1-2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)例題：下列軌道哪些不存在？哪些是等價(jià)軌道？把存在的軌道用三個(gè)量子數(shù)表示。3s2d3px3py3pz解：2dn=2l=2因l不能>(n-1)，故不存在3s(3,0,0)3px3py3pz是簡并軌道

（3，1，-1）（3，1，1）（3，1，0）1-1-3原子中電子排布基態(tài)原子中電子分布原理1.

泡利不相容原理(exclusionprinciple)1925年(W.Pauli)根據(jù)原子的吸收光譜現(xiàn)象和考慮到周期系中每一周期的元素?cái)?shù)目，提出了不相容原理，即：每一原子中不可能存在四個(gè)量子數(shù)完全相同的電子.每個(gè)軌道越多只能容納2個(gè)自旋方向相反的電子.每層越多只能容納2n2個(gè)電子.

1-1-3原子中電子排布2.能量最低原理(lowestenergyprinciple)基態(tài)原子在不違背Pauli原理的前提下，盡可能占據(jù)能量最低的軌道.3.洪特(F.Hund)規(guī)則(Hund'srule)原子(或分子，離子)中能量相同的軌道，稱作簡并軌道.電子在簡并軌道上運(yùn)動(dòng)，自旋盡可能平行.1-1-3原子中電子排布例如：氧原子第二層（n=2)中有6個(gè)電子，它們的分布為：2s22p4，請(qǐng)把它們用四個(gè)量子數(shù)分別表示解：四個(gè)量子數(shù)分別為：(2，0，0，-1/2)(2，0，0，1/2)(2，1，1，1/2)(2，1，0，1/2)(2，1，-1，1/2)(2，1，1，-1/2)即：2s22px22py12pz11-1-3原子中電子排布1939年鮑林(L.Pauling)根據(jù)光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出了經(jīng)驗(yàn)的能級(jí)圖按各原子軌道之間的能量高低順序排列了一個(gè)能級(jí)圖:1)能級(jí)K<L<M<N<.....2)Ens<Enp<End<Enf

3)Enpx=Enpy=Enpz

4)能級(jí)交錯(cuò)E4s<E3d<E4p：E5s<E4d<E5p;等Pauling能級(jí)圖只有近似意義，不適用內(nèi)層電子，也不能比較不同的元素。1-1-3原子中電子排布1-1-3原子中電子排布82Pb的原子軌道是:1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p2，見書22頁1-1-3原子中電子排布82Pb的原子軌道是:1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p6

6s24f145d106p2?；騕Xe]6s24f145d106p2價(jià)層電子6s26p2

有些電子結(jié)構(gòu)要用全、半、空規(guī)則來解釋：24Cr:(鉻)[Ar]4s13d5價(jià)層電子3d54s1

29Cu:(銅)[Ar]4s13d10價(jià)層電子3d104s1

64Gd(釓):[Xe]6s24f75d1價(jià)層電子4f75d16s2而不是[Xe]6s24f81-1-3原子中電子排布注：價(jià)層電子是指能參與化學(xué)反應(yīng)的電子。例如：Na(鈉)3s1最外層的電子。Co(鈷)3d74s2(n-1)d電子+ns電子。要寫入沒充滿和剛充滿的d電子Zn(鋅)3d104s2

如果一開始排p電子，則d電子不要寫入Br(溴)4s24p5（而不是3d104s24p5）

1-1-3原子中電子排布元素的電子結(jié)構(gòu)有三種表示方法1.26Fe的原子軌道是:1s22s22p63s23p64s23d62.按電子在核外原子軌道中分布情況表示：3.(1)

按電子所處狀態(tài)用整套量子數(shù)表示：24Cr:[Ar]4s13d5用（4,0,0,1/2）；3d5(3,2,2,1/2；3,2,1,1/2；3,2,0,1/2；3,2,-1,1/2；3,2,-2,1/2)。1-1-3離子中電子排布簡單基態(tài)陽離子的電子分布主族元素先失np電子，再失ns電子副族元素先失ns電子，再失(n-1)d電子例如：主族：Sn5s25p2Sn2+5s25p0副族：Fe價(jià)層電子構(gòu)型是3d64s2Fe3+價(jià)層電子構(gòu)型是3s23p63d54s0

Fe2+價(jià)層電子構(gòu)型是3s23p63d6Zn2+價(jià)層電子構(gòu)型是3s23p63d10Mn3d54s2Mn2+3s23p63d51-1-4元素周期系周期表中橫向的是周期第一、二、三周期都是短周期，每一元素的外層電子結(jié)構(gòu)分別為：1s1~2，2s1~22p1~6，3s1~23p1~6第四、五周期是長周期，第六周期是含鑭系元素的長周期，第七周期是一個(gè)不完全周期。1-1-4元素周期系淺藍(lán)色區(qū)域是主族，主族包括s區(qū)和p區(qū)黃色區(qū)域是副族，幅族包括d區(qū)和ds區(qū)1-1-4元素周期系(1)周期與能級(jí)組基態(tài)原子內(nèi)電子填充軌道的最大量子數(shù)等于他所在周期表中的周期數(shù)，周期內(nèi)所含元素種數(shù)與相應(yīng)能級(jí)組內(nèi)軌道所能容納的電子數(shù)相等.例如：第四周期的Fe,價(jià)層電子構(gòu)型是3d64s2第三周期的Cl,價(jià)層電子構(gòu)型是3s23p5問：8O在周期表中的第幾周期？答：氧的價(jià)電子層為：1s22s22p4

最大的主量子數(shù)是2，所以在第二周期。1-1-4元素周期系(2)區(qū)(blocks)s區(qū):ns1～2；p區(qū):ns2np1～6；d區(qū):(n-1)d1～8ns1～2；ds區(qū):(n-1d)9or10ns1～2；鈀、鉑例外(Pd4d10；Pt5d94s1)問：碳、鎳、鉀、銅分別在周期表的那個(gè)區(qū)？答：碳的價(jià)電子層為：2s22p2在p區(qū)

鎳的價(jià)電子層為：3d84s2在d區(qū)

鉀的價(jià)電子層為：4s1在s區(qū)

銅的價(jià)電子層為：3d104s1在ds區(qū)1-1-4元素周期系(3)族周期表中一族元素占據(jù)一列。s、p區(qū)為主族，以A表示，其余為副族，以B表示。例如：ⅡB、ⅣA、ⅥA族等。主族的族數(shù)等于外層的電子數(shù)。例：C2s22p2屬ⅣA族，O2s22p4屬于ⅥA族副族元素通常是：(n-1)d10s1~2是ⅠB族或ⅡB族(在ds區(qū))；Ag4d105s1(n-1)d1~8s2是ⅢB族~ⅧB族(在d區(qū))；Mn3d54s2ⅦB族；Fe3d64s2ⅧB族；（注：羅馬數(shù)字：Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ,Ⅷ）1-1-4元素周期系例題：碳、鎳、鉀、銅分別在周期表的哪個(gè)周期，哪個(gè)族？那個(gè)區(qū)？答：碳的價(jià)電子層為：2s22p2

在第二周期，ⅣA族，是p區(qū)元素；鎳的價(jià)電子層為：3d84s2

在第四周期，ⅧB族，是d區(qū)元素；鉀的價(jià)電子層為：4s1在第四周期，IA族，是s區(qū)元素；銅的價(jià)電子層為：3d104s1在ⅠB族。在第四周期，IB族，是ds區(qū)元素；1-1-5元素周期系原子參數(shù)(Atomicparameter)：通常把表征原子基本性質(zhì)的物理量稱為原子參數(shù)。1.

原子半徑r1)共價(jià)半徑:兩同原子形成共價(jià)鍵，其核間距的一半稱共價(jià)半徑(一般指單鍵).例如：Cl——Cl2)金屬半徑:金屬單質(zhì)晶體中兩最相近原子核間距的一半稱金屬半徑.3)范德華半徑:稀有氣體晶體相鄰分子核間距的一半稱范德華半徑.1-1-5元素周期系原子半徑：同一周期從左到右依次下降，ds區(qū)增大，ⅢA族增大。這是因?yàn)殡娮訉硬蛔?，核電荷增大，半徑下降的緣故。ⅦB族以后因半充滿，下降不明顯。ds區(qū)因d軌道充滿，對(duì)稱，半徑增大，ⅢA族填充在P軌道，半徑增加原子半徑：同族從上到下，電子層數(shù)增加，半徑增加.但在第六周期La(鑭)～Lu(镥)15個(gè)鑭系元素占據(jù)一格，半徑下降了12pm，使得以后的元素與同族上一元素半徑幾乎相等，這種現(xiàn)象稱“鑭系收縮”(lanthanidecintraction)，鑭系收縮的結(jié)果使得5,6周期同族元素半徑幾乎相等.r↑，核對(duì)電子的引力下降原子易失去電子，反之亦然.見書37頁1-1-5元素周期系1.

電離能I和電子親合能Y(一)電離能I(IonizationEnergy)基態(tài)氣態(tài)原子失去一個(gè)電子形成氣態(tài)陽離子所需要的能量稱作電離能(I1，F(xiàn)irstionizationenergy)，再失去一個(gè)電子所需要的能量稱為第二電離能(I2)。通常I1<I2<I3<......因?yàn)槭ヒ粋€(gè)電子后帶正電荷，再失去一個(gè)電子困難。尤其失去內(nèi)層電子電離能更大。通常不特別說明則指的是第一電離能。例如：鎂金屬價(jià)層電子3s2I1<I2<<I3<......1-1-5元素周期系例如：鈉和鋇第一電離能相差不大，第二電離能哪個(gè)大？答：鈉(Na)3s1鋇(Ba)6s2

由于鈉的第二電離能是失去內(nèi)層電子，所以鈉的第二電離能大。1-1-5元素周期系電離能取于原子的有效核電荷、原子半徑和原子的電子層結(jié)構(gòu)。

在周期表中主族同一周期從左到右依次增大(r↓Z*↑)，當(dāng)外層電子處于半充滿或全充滿時(shí)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，失去電子較難，因此電離能也就大些；副族因電子加在次外層，有效核電荷增加不多，電離能略有增大(但不顯著)。

同一主族從上到下，依次下降。(因半徑增大)見書39頁1-1-5元素周期系(二)電子親和能Y(electronaffinity)基態(tài)氣態(tài)原子得到一個(gè)電子形成氣態(tài)陰離子所釋放出的能量稱電子親合能。電子親合能的代數(shù)值一般是隨原子半徑的減少而減少。非金屬原子(稀有氣體除外)的第一電子親和能總是負(fù)值，而金屬原子的電子親和能一般為較小的負(fù)值或正值。1-1-5元素周期系電子親和能的測定比較困難，通常用間接的方法計(jì)算，因此它們的準(zhǔn)確度要比電離能差。電子親和能也取于原子的有效核電荷、原子半徑和原子的電子層結(jié)構(gòu)。在周期表中原子的電子親和能的變化規(guī)律如電離能但數(shù)值相反。從左到右代數(shù)值下降，從上到下依次增大。遇全、半充滿時(shí)增大。1-1-5元素周期系

主族元素的電子親和能(kJ/mol)

HHe見書41頁-72.921

LiBeBCNOFNe-59.8240-23-1220-141-32229

NaMgAlSiPSClAr-52.9230-44-120-74-200-34935

KCaGaGeAsSeBrKr-48.4156-36-116-77-195-32539

RbInSnSbTeIXe-46.9-34-121-101-190-29540CsBaTePbBiPoAtRn-45.552-50-100-100-180-27040注:I，Y只能說明氣態(tài)原子(離子)得失電子的能力.1-1-5元素周期系1.

電負(fù)性X(electronegativity)電負(fù)性是指分子中元素原子吸引電子的能力。1932年(L.Pauling)指定Li的電負(fù)性X=1.0，無單位，第二周期元素以0.5的步長變化，XF=4.0，其它元素與第二周期的元素比較定出一套電負(fù)性值。1-1-5元素周期系

HL.Pauling的電負(fù)性值2.1LiBeBCNOF1.01.52.02.53.03.54.0NaMgAlSiPSCl0.91.21.51.82.12.53.0KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBr

0.81.01.31.51.61.61.51.81.91.91.91.61.61.82.02.42.8RbSrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeI

0.81.01.21.41.61.81.92.22.22.21.91.71.71.81.92.12.5CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAt

0.70.91.01.31.51.71.92.22.22.22.41.91.81.81.92.02.2FrRaAc0.70.91.1見書43頁1-1-5元素周期系電負(fù)性：同一周期主族從左到右電負(fù)性逐漸增大,從上到下逐漸減少，副族元素的電負(fù)性一般較小而且變化不大。1-1-5元素周期系氧化值(oxidationnumber氧化數(shù))1970年IUPAC(internationalUnionofPureandAppliedChemistry純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì))確定氧化值是某一元素一個(gè)原子的荷電數(shù)，這個(gè)荷電數(shù)可由假設(shè)把每個(gè)鍵中的電子指定給電負(fù)性更大的原子而求得。1-1-5元素周期系A(chǔ):單質(zhì)的氧化數(shù)為0B:F為：0，-1C:堿金屬為：0，+1；堿土金屬為：0，+2D:H一般為+1，與電負(fù)性比它小的元素結(jié)合時(shí)為-1

eg

LiH，NaH.E:氧在過氧化物(如Na2O2，H2O2)中為-1，超氧化物

(如KO2中)為-1/2，氟化物如O2F2中為+1，

OF2中為+2，其余的為-2.F:離子型化合物中等于離子電荷，

(Na+，Cl-，Na+1：Cl-1)G:中性分子總氧化值等于0，復(fù)雜離子總氧化值等于離子電荷.

1-1-5元素周期系

注:共價(jià)數(shù)=共價(jià)鍵數(shù)，如CH4，C2H4中C的共價(jià)數(shù)都等于4，而氧化數(shù)分別為-4：-2.化合價(jià):原子個(gè)數(shù)比，無正負(fù)，如CH4中是4，C2H4中是2.1-1-5元素周期系.

氧化值與原子結(jié)構(gòu)在化學(xué)反應(yīng)中，原子常失去電子或得到電子形成穩(wěn)定的稀有氣體結(jié)構(gòu)。在化學(xué)反應(yīng)中，參與形成化學(xué)鍵的電子稱為價(jià)電子(valenceelectron)。元素的氧化值決定于價(jià)電子的數(shù)目，而價(jià)電子的數(shù)目則決定于原子的外電子層結(jié)構(gòu)。通常，原子得到電子或失去電子后具有稀有氣體結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。例如：Cl3s23p5得到電子后成Cl-3s23p6HClO原子(2s22p4)得到電子后成O2-(

2s22p6),例H2OMg原子(3s2)失去電子后成Mg2+(

2s22p6),例MgO1-1-5元素周期系.

主族元素的最高氧化值等于價(jià)電子的總數(shù)。主族：最高氧化值等于該元素所屬的族數(shù)。一般以2為步長變化(第二周期元素除外)。如：S可有+6、+4、+2、0、-2。1-1-5元素周期系.

副族：一般情況下已配對(duì)的d電子不易失去：ScTiVCrMnFeCoNiCuZn

d1s2d2s2d3s2d5s1d5s2d6s2d7s2d8s2d10s1d10s2+2+2+2+2+2

+2

+2

+2

+1

+2

+3+3+3

+3+3+3

+3

+3

+2

+4+4+4+4+4+4+4

+5+5+5+5+5

+6

+6+6

+7

Ru(釕)，Os(鋨)最高可達(dá)+81-1-5元素周期系例題：O、C、S、Si四個(gè)元素1。原子半徑最大的是哪個(gè)？2。第一電離能最大的是哪個(gè)？3。電負(fù)性最大的是哪個(gè)？答：在周期表中位置是：BCNOFAlSiPSCl1.原子半徑最大的是Si;2.第一電離能最大的是O；3.電負(fù)性最大的是O1-2分子結(jié)構(gòu)

1-2-1離子健1-2-2共價(jià)健1-2-1離子健一．離子鍵的形成離子鍵是正負(fù)離子靠庫侖引力相互吸引在一起的，所以離子鍵的強(qiáng)度正比于正負(fù)離子的電荷，反比于正負(fù)離子的半徑。通常形成離子鍵的兩元素的電負(fù)性差值大于1.7例如：MgOMg1.2O3.53.5-1.2=2.3>1.7例如離子鍵的強(qiáng)度：MgO>MgCl2>NaF>NaCl1-2-1離子健二．離子鍵的特性

1.沒有方向性2.沒有飽和性1-2-2共價(jià)鍵分子由原子組成，它是保持物質(zhì)基本化學(xué)性質(zhì)的最小微粒。并又是參與化學(xué)反應(yīng)的基本單元。分子的性質(zhì)除取決于分子的化學(xué)組成，還取決于分子的結(jié)構(gòu)。分子的結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)部分：(1)分子中直接相鄰的原子間的作用力，即化學(xué)鍵(chemicalbond)；(2)分子中原子在空間的排列，即空間構(gòu)型(geometrycontiguration)。此外，相鄰的分子之間還存在一種較弱的相互作用，即分子間力(molecularforce)或稱為范德華力，它對(duì)物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、熔化熱、氣化熱、溶解度以及粘度等物理性質(zhì)起著重要的作用。1-2-2共價(jià)鍵一．共價(jià)鍵理論1．共價(jià)鍵本質(zhì)含有兩個(gè)自旋相反電子的氫原子相互靠近時(shí)，電子云發(fā)生重疊，當(dāng)核間距等于74pm時(shí)，分子處于穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)核間距小于兩氫原子半徑之和(2*53)，由于電子云重疊，兩核間電子云密度增加，核吸引電子，電子吸引核，所以能穩(wěn)定存在，這就形成了共價(jià)鍵。這時(shí)的狀態(tài)稱為基態(tài)(groundstate)。播放ss重疊1-2-2共價(jià)鍵1．價(jià)鍵理論要點(diǎn)(1)

當(dāng)自旋相反的未成對(duì)電子相互配對(duì)可以形成共價(jià)鍵。若A、B兩原子各有一個(gè)未成對(duì)電子，則可形成一個(gè)共價(jià)單鍵(A-B)：若A、B原子各有兩個(gè)或三個(gè)單電子，則可形成共價(jià)雙鍵或共價(jià)三鍵，共用電子對(duì)數(shù)目≥2的稱為多重鍵(multiplebond)：若A原子有兩個(gè)單電子而B原子只有一個(gè)未成對(duì)電子，則一個(gè)A原子和兩個(gè)B原子形成AB2分子。1-2-2共價(jià)鍵例如：H2O中O原子價(jià)電子層2s22p

x22p

y12p

z1，p軌道中有兩個(gè)單電子，可形成兩個(gè)共價(jià)單鍵。例如：NH3中N原子價(jià)電子層2s22p3，p軌道中有三個(gè)單電子，可形成三個(gè)共價(jià)單鍵。(2)

在形成共價(jià)鍵時(shí)原子軌道盡可能地達(dá)到最大程度的重疊使系統(tǒng)能量最低。1-2-2共價(jià)鍵3.原子軌道的重疊1-2-2共價(jià)鍵4．共價(jià)鍵的特征(1)

價(jià)鍵的飽和性有幾個(gè)未成對(duì)電子可形成幾個(gè)共價(jià)鍵。例如：CH4、NH3、H2O等。(2)共價(jià)鍵的方向性電子云有方向性，所以為了達(dá)到最大重疊共價(jià)鍵必須會(huì)有方向性。1-2-2共價(jià)鍵5．共價(jià)鍵的類型按極性分類形成共價(jià)鍵的兩原子的電負(fù)性差值越大，該共價(jià)鍵的極性越大。│極性共價(jià)鍵│強(qiáng)極性H2O，HClΔX大共價(jià)鍵││弱極性H2S，HIΔX小│非極性共價(jià)鍵H2，Cl2ΔX=01-2-2共價(jià)鍵

1.σ鍵重疊部分對(duì)鍵軸具有圓柱型對(duì)稱的鍵稱為σ鍵.(頭碰頭)，形成σ鍵的電子稱σ電子。例如：H2HClCl21-2-2共價(jià)鍵2.π鍵重疊部分對(duì)鍵軸所處在的某一個(gè)平面呈鏡面反對(duì)稱的鍵稱π鍵.(肩并肩)例如：N原子中2s22px12py12pz1有三個(gè)單電子可形成三個(gè)共價(jià)鍵，故氮分子中有一個(gè)σ鍵，兩個(gè)P-Pπ鍵，π鍵相互垂直。一般來說，一個(gè)原子在組成分子時(shí)第一根形成的σ鍵，其余的是π鍵。1-2-2共價(jià)鍵Eg.乙烯結(jié)構(gòu)1-2-2共價(jià)鍵二．雜化軌道理論(一)

基本要點(diǎn)雜化軌道理論的要點(diǎn)1)原子軌道重新組合成雜化軌道同一原子中能量相近的不同類型的原子軌道中，在成鍵的過程中重新組合成一組新的軌道，以增強(qiáng)成鍵能力.這種組合的過程叫做軌道雜化；2)原子軌道雜化時(shí)，一般需要使成對(duì)電子激發(fā)到空軌道而形成單電子，其需要的能量可由成鍵時(shí)放出的能量予以補(bǔ)償；3)雜化后的原子軌道總數(shù)不變，總能量不變。1-2-2共價(jià)鍵(一)

s-p型原子軌道雜化的三種類型1)sp雜化軌道sp雜化是一個(gè)s軌道和一個(gè)p軌道進(jìn)行雜化，形成兩個(gè)sp雜化軌道Ψsp，例如：分子BeCl2，Be原子是中心原子(2s2)1-2-2共價(jià)鍵sp雜化鍵角θ=180°，組成的分子為直線形。例如：BeCl2Cl-Be-Cl

BeF2F-Be-F

1-2-2共價(jià)鍵2)

sp2雜化軌道sp2雜化由一個(gè)s軌道和兩個(gè)p軌道雜化而成，eg.BF3：B2s22p1鍵角120度，BF3為平面三角形。1-2-2共價(jià)鍵eg.CH2CH2乙烯的結(jié)構(gòu)，C:s2p2激發(fā)s1p3然后sp2雜化，不雜化的p軌道形成π鍵

1-2-2共價(jià)鍵3)sp3雜化軌道sp3雜化由一個(gè)s軌道和三個(gè)p軌道雜化而成，eg.CH4：C2s22p2sp3雜化的鍵角為θ=109°28'CH4為正四面體。C在四面體中央，四個(gè)氫在四面體的頂角。1-2-2共價(jià)鍵(一)

等性雜化和不等性雜化在雜化中，每一種雜化軌道所含的s及p軌道的成分相等，這時(shí)的雜化軌道稱為等性雜化軌道(equivalenthybridorbital)，如果每一種雜化軌道所含的s及p軌道的成分不相等，這時(shí)的雜化軌道稱為不等性雜化軌道(unequivalenthybridorbital)。1-2-2共價(jià)鍵1)NH3分子的結(jié)構(gòu)NH3分子中的N原子(2s22p3)因含有一對(duì)孤對(duì)電子，孤對(duì)電子參與雜化，雜化后的孤對(duì)電子所含的s成分多一些，其它電子所含的s成分少一些。雜化后與三個(gè)氫形成三個(gè)σ鍵，由于孤對(duì)電子的排斥力大于成鍵電子對(duì)，使氨的鍵角小于109.5°。NH3(角度107°)是三角錐形。

1-2-2共價(jià)鍵2)H2O分子結(jié)構(gòu)H2O分子中的O原子(2s22p4)因含有兩對(duì)孤對(duì)電子，孤對(duì)電子參與雜化，雜化后與四個(gè)氫形成四個(gè)σ鍵，由于孤對(duì)電子的排斥力大于成鍵電子對(duì)，使水的鍵角小于109.5°，而為104.5°為V形結(jié)構(gòu)。（描述結(jié)構(gòu)時(shí)不包括孤對(duì)電子）1-2-2共價(jià)鍵總之，在多原子分子中，中央原子需雜化，形成雜化軌道，這樣可增加成鍵能力，減少電子對(duì)間的排斥。雜化軌道形成的鍵多數(shù)是σ鍵，不可能是π鍵。1-2-2共價(jià)鍵三．配位共價(jià)鍵由一方提供孤對(duì)電子另一方提供空軌道而形成的共價(jià)鍵，被稱為配位共價(jià)鍵。例如：CO分子，原子結(jié)構(gòu)C2s22p2；O2s22p41-3分子間力和氫鍵1-3-1分子間力分子中有帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成，它們和物質(zhì)的質(zhì)量一樣有一個(gè)重心，我們把正電荷的集中點(diǎn)叫做“正電荷中心”，負(fù)電荷的集中點(diǎn)叫做“負(fù)電荷中心”，如果分子的正電荷中心和負(fù)電荷中心不重合在同一點(diǎn)上，這個(gè)分子就具有極性，稱為極性分子(polarmolecules)。如果分子的正電荷中心和負(fù)電荷中心重合在同一點(diǎn)上，這個(gè)分子就不具有極性，稱為非極性分子(nonpolarmolecules)1-3-1分子間力對(duì)雙原子分子來說，化學(xué)鍵有極性(電負(fù)性差大于零)，則分子就有極性。對(duì)多原子分子來說，如果鍵無極性，則分子也無極性，如果化學(xué)鍵有極性，則要看分子的對(duì)稱性，如果化學(xué)鍵對(duì)稱，則分子無極性，反之分子就有極性.

極性分子極性分子非極性分子極性分子1-3-1分子間力分子的極性大小可用偶極矩P(dipolemoments)來衡量。偶極矩的概念是德拜(Debye)在1912年提出來的，P=δ·d偶極矩的單位是(C·M).過去用德拜做單位)。δ：偶極上的電荷(單位：C，庫侖)；d：偶極長度(單位：m，米)氫，氮，二硫化碳，甲烷等是非極性分子(P=0)NH3，HCl，H2O等是極性分子偶極距大于零(P>0)1-3-1分子間力(1).色散力由于分子中電子在不斷地運(yùn)動(dòng)及原子核在不斷地振動(dòng)，使電子云與原子核之間發(fā)生相對(duì)位移，使分子的正，負(fù)電荷中心暫時(shí)不重合，產(chǎn)生瞬時(shí)偶極(instantaneousdipole)。分子間因瞬時(shí)偶極而產(chǎn)生的作用力稱作色散力(dispersionforce)，由于此力是倫敦所闡明，故也稱為倫敦力(Londonforce)。1-3-1分子間力色散力與分子的極化率有關(guān)，極化率α越大，則分子間的色散力也越大。通常，分子越大，分子的色散力就越大。非極性分子之間正是由于這種色散力才能凝聚成液體，凝固成固體的。1-3-1分子間力(2).誘導(dǎo)力非極性分子和極性分子之間也存在著色散力，同時(shí)非極性分子在極性分子的固有偶極作用下會(huì)發(fā)生變形極化，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，這種由固有偶極和誘導(dǎo)偶極之間的相互作用稱為誘導(dǎo)力(inductionforce)。此力由德拜在1920年提出，也稱(Debyeforce)。1-3-1分子間力誘導(dǎo)力的大小與分子的偶極矩及分子的極化率有關(guān)，極性分子的偶極矩愈大，極性和非極性兩種分子的極化率愈大，則誘導(dǎo)力也愈大。1-3-1分子間力(3).取向力極性分子之間也存在著色散力和誘導(dǎo)力.另外極性分子相互靠近還會(huì)發(fā)生定向極化，這種由固有偶極的取向而產(chǎn)生的作用力稱取向力(orientationforce)。此力在1912年由葛生提出，也稱(Keesonforce)1-3-1分子間力取向力大小與分子的偶極矩和極化率有關(guān)，但主要取決于固有偶極，即分子的偶極矩愈大，分子間的取向力也愈大?？傊菢O性與非極性分子之間存在著色散力;非極性與極性分子之間存在著色散力和誘導(dǎo)力;極性與極性分子之間存在著色散力，誘導(dǎo)力，取向力.1-3-1分子間力分子間力的特點(diǎn)和影響因素是電性作用力.短程，作用范圍僅幾百皮米(1pM=10-12M).正比于r-6.比鍵能小約1-2個(gè)數(shù)量極(幾到幾十kJ/mol)一般沒方向性和飽和性.通常:色散力>>取向力><誘導(dǎo)力(水，氨等強(qiáng)極性分子例外)1-3-1分子間力分子間力對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響分子間力越大，固體物質(zhì)的熔化熱就越大，熔點(diǎn)(m.p.)就越高，固體的硬度也就越大，液體物質(zhì)的氣化熱也越大，沸點(diǎn)(b.p.)越高。溶質(zhì)和溶劑之間的分子間作用力越大，則溶解度也就越大。1-3-1分子間力一些物質(zhì)的分子間力(兩分子間的距離d=500pM，T=298.15K，)

物質(zhì)兩分子間的相互作用力(單位10-22J)取向力誘導(dǎo)力色散力三種力之和HeArXeCOHClHBrHINH3H2O0000.000211.20.390.0215.211.90000.00370.360.280.100.630.650.052.9194.67.815335.62.60.052.9194.69.3615.6733.12111.3815.151-3-2氫鍵(H.B.)水,氨,氟化氫的熔沸點(diǎn)比同系列化合物高,這是因?yàn)檫@些分子之間除了分子間力之外,還有氫鍵。(hydrogenbonds)。1.氫鍵的形成在氟氫中,F的電負(fù)性(4.0),引力很大,共用電子對(duì)強(qiáng)烈偏向F一邊,而H幾乎成了質(zhì)子,這個(gè)H+可吸引另一個(gè)HF分子中含有孤對(duì)電子并帶有負(fù)電荷的F原子,形成氫鍵1-3-2氫鍵(HydrogenBond)氫鍵(H.B.)可用X─H···:Y來表示,X,Y分別表示F,O,N等電負(fù)性大而半徑小的原子，X、Y可以是相同元素也可以是不同的元素。H···:Y間的鍵為氫鍵，H···:Y間的長度為氫鍵的鍵長，打開一摩爾H···:Y鍵所需要的能量稱為氫鍵的鍵能，氫鍵的鍵能一般在42kJ/mol以下，比化學(xué)鍵能小1-2個(gè)數(shù)量級(jí),例如水的化學(xué)鍵能是463kJ/mol,而它的氫鍵能是18.83kJ/mol我們把氫鍵歸入分子間力的范疇.1-3-2氫鍵(H.B.)氫鍵要求X—H···Y盡可能在一條直線上,這樣XY離開最遠(yuǎn)斥力最小,所以氫鍵具有方向性和飽和性。某些分子可以形成內(nèi)氫鍵,例HNO3和鄰硝基苯酚，內(nèi)氫鍵一般形成五元或六元環(huán)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。1-3-2氫鍵(H.B.)例：下列化合物種哪個(gè)可以形成氫鍵H2OH2SHClO(結(jié)構(gòu)式：ClOH)CH4CH3CH2OHCH3FNH3PH3答：可以形成氫鍵是：H2O、HClO、NH3,CH3CH2OH、不可以形成氫鍵是：H2S、CH4、CH3F、PH31-3-2氫鍵(H.B.)2．氫鍵的形成對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響(1)熔,沸點(diǎn)形成外氫鍵,比同系物的熔沸點(diǎn)高。(2)溶解度如果溶質(zhì)與溶劑形成氫鍵,則溶解度增大。如乙醇可溶于水而乙醚不溶。(3)粘度形成外氫鍵,一般粘度增大。

1-3-2氫鍵(H.B.)2．氫鍵的形成對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響(4)密度液體分子間努力若形成氫鍵,則可能發(fā)生締合現(xiàn)象,如液態(tài)HF通常締合成(HF)n,水也能締合成(H2O)n,溫度越低n大的分子越多,最后形成固體,在4℃時(shí)，(H2O)2最多,密度最大,溫度再低,締合程度增大,由于氫鍵的方向性,使水分子排列的結(jié)構(gòu)疏松,分子空隙增大,密度下降。水磁化能降低締合度。1-3-2氫鍵(H.B.)(5)對(duì)生物體的影響氫鍵對(duì)生物體的影響，最典型的是生物體內(nèi)的DNA。DNA由兩根主鏈的多肽鏈組成，主鏈以大量的氫鍵連接組成螺旋狀的立體構(gòu)型，氫鍵對(duì)蛋白質(zhì)維持一定的空間構(gòu)型起重要的作用。在生物體中的DNA中，根據(jù)兩根主鏈氫鍵匹配的原則可復(fù)制出相同的DNA分子。因此可以說由于氫鍵的存在，使DNA的克隆得以實(shí)現(xiàn)，保持物種的繁衍。1-3-2氫鍵(H.B.)例題：請(qǐng)?jiān)谙铝蟹肿又懈鶕?jù)熔沸點(diǎn)從高到低重新排列次序。H2S、H2Te、H2Se、H2O答：

下列分子中熔沸點(diǎn)從高到低次序是：m.p.H2O>H2Te>H2Se>H2S1-4晶體結(jié)構(gòu)晶體可分為單晶體和多晶體，單晶體內(nèi)部的粒子基本上安照某種規(guī)律整齊排列，如單晶硅，金剛石，寶石，等等。而多晶則是許多單晶顆粒雜亂地聚集而成，多數(shù)金屬和合金都是多晶體。1-4晶體結(jié)構(gòu)晶體的宏觀特征：1.有一定的幾何外形。例如：雪花是六角形的。2.各向異性。例如：石墨縱向的電阻率是橫向的一萬倍。金剛石的折光率各個(gè)方向不相同。3.有固定的熔點(diǎn)。例如：冰的熔點(diǎn)是零度，石蠟、玻璃沒有固定的熔點(diǎn)，只有一個(gè)軟化溫度范圍。1-4-1晶格與晶胞結(jié)晶化學(xué)上將晶體中的微粒抽象地看作幾何學(xué)上的點(diǎn)，稱作結(jié)點(diǎn)，這些結(jié)點(diǎn)的總和稱為空間點(diǎn)陣。沿著一定的方向按某種規(guī)則把結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)起來，得到晶體的空間格子(簡稱晶格：lattice)。在晶格中，能表現(xiàn)出其結(jié)構(gòu)一切特征的最小部分稱為晶胞。我們按晶胞的種類不同可把晶格分類可分成七大晶系(crystalsystems)，十四種晶格1-4-1晶格與晶胞1-4-1晶格與晶胞下列表列出了七大晶系的性質(zhì)。晶系Englishname邊長角度實(shí)例立方晶系四方晶系六方晶系菱形晶系正交晶系單斜晶系三斜晶系CubicclassTetragonalclassHexagonalclassRhombohedralOrthorhombicMonoclinicTriclinicclassa=b=ca=b≠ca=b≠ca=b=ca≠b≠ca≠b≠ca≠b≠cα=β=γ=90°α=β=γ=90°α=β=90°γ=120°α=β=90°γ<120°α=β=γ=90°α=β=90°γ>90°α≠β≠γ巖鹽(NaCl)白錫石墨方解石(CaCO3)斜方硫單斜硫重鉻酸鉀1-4-2晶體類型根據(jù)晶格結(jié)點(diǎn)上粒子的不同，可把晶體分成離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體四種類型。晶體類型離子晶體原子晶體分子晶體金屬晶體結(jié)點(diǎn)上粒子正、負(fù)離子原子極性分子非極性分子原子、正離子（間隙處有自由電子）結(jié)合力離子鍵共價(jià)鍵分子間力氫鍵分子間力金屬鍵熔沸點(diǎn)高很高