第1章 热化学

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1、第5章物质结构基础为了深入了解物质性质的变化规律，必须进一步在微观上考虑物质的结构。第5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晶体结构知识点本章小结作业Exit知识点波函数与电子云原子核外电子分布的一般规律原子结构和周期表化学键杂化轨道理论分子间作用力晶体结构5.1原子结构的近代概念5.1.1波函数5.1.2电子云5.1.1波函数波粒二象性波函数波函数和量子数波函数的角度分布电子具有波粒二象性对于质量为m、运动速率v的微粒，其波长l可用下式求得：电子衍

2、射示意图电子衍射原理图波函数波函数不是一个具体的数值，而是用空间坐标(如x、y、z)来描写波的数学函数式，以表征原子中电子的运动状态，所以习惯上将波函数称为原子轨道。描述氢原子核外电子运动状况的薛定谔方程:主量子数nn=1,2,3,4......是确定电子离核远近(平均距离)和能级的主要参数，n值越大，表示电子离核的平均距离越远，所处状态的能级越高。角量子数ll=0,1,2,......,(n-1)其数值基本上反映了波函数(即原子轨道)的形状。l=0,1,2,3的轨道分别称为s,p,d,f轨道。磁量子数mm=0,1,2,

3、3,......,lm的数值反映了波函数(轨道)的空间取向。自旋量子数msms=+½,-½通常可用向上和向下的箭头(,)来表示电子的两种所谓自旋状态。两个电子处于不同的所谓自旋状态叫做自旋反平行，用“”或“”表示。两个电子处于相同的所谓自旋状态叫做自旋平行，用“”或“”表示。氢原子轨道与三个量子数的关系nlm轨道名称轨道数1001s1120100,±12s2p134301200,±10,±1,±23s3p3d13594012300,±10,±1,±20,±1,±2,±34s4p4d4f135716氢原

4、子的波函数s,p,d原子轨道角度分布示意图5.1.2电子云电子云与概率密度电子云角度分布图概率密度波函数(ψ)本身虽不能与任何可以观察的物理量相联系，但波函数平方(ψ2)可以反映电子在空间某位置上单位体积内出现的概率大小。概率密度光波光的波动性：光的强度∝(光波的振幅)2光的粒子性：光的强度∝光子密度波动性和微粒性：(光的振幅)2∝光子密度电子波ψ2∝r电子云这种以黑点的疏密表示几率密度分布的图形叫做电子云。图5.5氢原子1s电子云s、p、d电子云角度分布示意图5.2多电子原子的电子分布方式和周期系5.2.1多电子原子轨道的

5、能级5.2.2核外电子分布原理和核外电子分布方式5.2.3原子的结构与性质的周期性规律5.2.1多电子原子轨道的能级多电子原子轨道的能级原子轨道的能级与原子序数关系多电子原子轨道的能级当角量子数l相同时，随着主量子数n值的增大，轨道能量升高。如，E1s＜E2s＜E3s等。当主量子数n相同时，随着角量子数l值的增大轨道能量升高。如，Ens＜Enp＜End＜Enf。主量子数和角量子数都不同时，有时出现能级交错。如某些元素，E4s＜E3d，E5s＜E4d。原子轨道的能级与原子序数关系5.2.2核外电子分布原理和核外电子分布方式泡利

6、不相容原理最低能量原理洪德规则电子分布式与外层电子构型泡利不相容原理泡利(Pauli)不相容原理：一个原子中不可能有四个量子数完全相同的两个电子。它解决了每一个原子轨道或电子层中可容纳的电子数，即任何一个原子轨道最多能容纳两个电子，且两电子自旋方向相反。各电子层可容纳的最多电子数为2n2。最低能量原理最低能量原理核外电子分布将尽可能优先占据能级较低的轨道，以使系统能量处于最低。它解决了n或l值不同的轨道中，电子的分布规律。鲍林近似能级顺序洪德规则洪德规则处于主量子数和角量子数都相同的轨道中的电子，总是尽先占据磁量子数不同的轨

7、道，而且自旋量子数相同，即自旋平行。它解决了n、l值相同的轨道中，电子的分布规律。特例：等价轨道全充满(p6,d10,f14)、半满(p3,d5,f7)或全空状态是比较稳定的。电子分布式电子分布式：多电子原子核外电子分布的表达式叫做电子分布式。钛(Ti,Z=22)：1s22s22p63s23p63d24s2锰(Mn,Z=25)：1s22s22p53s23p63d54s2电子分布式特例洪德规则特例铬(Cr,Z=24)：[Ar]3d54s1不是[Ar]3d44s2铜(Cu,Z=29)：[Ar]3d104s1不是[Ar]3d94s

8、2镉(Cd,Z=64)：[Xe]6s24f75d1不是[Xe]6s24f8其它特例铌(Nb,Z=41):[Kr]5s14d4钌(Ru,Z=44):[Kr]5s14d7镧(La,Z=57):[Xe]6s25d1镎(Np,Z=93):[Xe]7s25f46d1外层电子构型外层电子构型：即外层电