北京大学《普通化学》教学资料：习题课四.ppt

习题课四,2013-12-05,第九章 原子结构,原子,氢原子,多电子原子,原子核,电子,波函数(描述微观粒子运动),电子波函数,角度分布图,径向分布图,求解,四个量子数 (n l m ms),能级结构,求解,核外电子排布规则,元素周期律,原子 半径,电离能,电子 亲和能,电负性,波函数,薛定谔方程的解，描述微观粒子的运动状态 本身没有明确的物理意义 平方代表粒子在空间某点的概率密度,四个量子数,取值范围,光谱学符号,物理意义,空间图像 (讨论分子 结构的基础),角度分布图,径向分布图,电子云空间分布图,核外电子排布 (三个原则一个图),能量最低原理,Pauli不相容原理,Hund规则,Pauling能级近似图,能级交错现象,屏蔽效应,钻穿效应,Slater规则,第十章 分子与晶体结构,离子键理论,离子的特征,离子电荷,离子半径：掌握变化规律,电子构型：熟悉5种类型,离子键强度,晶格能：掌握概念，学会用Born-Haber计算,定性判断：离子半径和离子电荷,离子键的性质,本质：静电作用力,特点：没有方向性和饱和性,共价键理论,经典Lewis学说,共价键的概念，八隅体规则 Lewis结构式的书写 适用范围：简单非金属原子间形成的共价分子或离子,价电子对互斥理论,价键理论,共价键的本质:原子轨道重叠成键,要点,如果A、B两个原子各有一个未成对电子，两个单电子则可以以 自旋相反的方式相互配对在 两原子间形成稳定的共价单键,共价键具有饱和性和方向性,类型,键,键,杂化轨道理论,判断分子几何构型的理论模型(ABn),掌握理论要点(价电子对数/成键电子对数/孤对电子对数),学会判断共价分子空间构型,杂化轨道：若干不同类型能量相近的原子轨道重新组合成的新轨道,杂化原因：形成杂化轨道后成键能力增加,成键过程：激发-杂化-轨道重叠,杂化轨道类型：s-p杂化/s-p-d杂化,等性杂化/不等性杂化,分子轨道理论,离域键,表示符号：,形成条件：1 有相互平行的p轨道(或d轨道，或p,d轨道) 2 参与成键的电子数目小于轨道数目的两倍 3 形成离域键的原子轨道能量应该相近,等电子原理：指两个或两个以上的分子或离子，它们的原子数目相同，电子数目 也相同，常具有相似的电子结构，相似的几何构型，同时有时在性 质上也有许多相似之处。,分析课本252表10-6的离域键,分子轨道理论,1 在分子中电子不是属于某个特定的原子，电子不是在某个原子轨道中运动，而是在分子 轨道中运动。分子中每个电子的运动状态用相应的波函数来描述，这个称为分子轨道,要点,2 分子轨道是由分子中原子的原子轨道线性组合而成。组合形成的分子轨道数目与组合前 的原子轨道数目相等。,这种组合是不同原子的原子轨道的线性组合，与轨道的杂化 不同。轨道杂化是同一原子的不同原子轨道的线性组合。,3 原子轨道线性组合成分子轨道，分子轨道中能量高宇原来原子轨道者称为反键分子轨道 能量低于原来原子轨道者称为成键分子轨道,4 每个分子轨道都有相应的图像。根据线性组合方式的不同，分子轨道可分为轨道和 轨道。根据分子轨道的能量的大小，可以排出分子轨道能级图,头碰头,肩并肩,原子轨道线性组合三原则,对称性匹配原则首要原则,只有对称性相同的轨道才能组合成分子轨道,能量相近原则,只有能量相近的原子轨道才能组合成有效的分子轨道，而且原子轨道的 能量越接近越好。,H 1s -1312KJ/mol,O 2p -1314KJ/mol,Cl 3p -1251KJ/mol,Na 3s -496KJ/mol,轨道最大重叠原则,在符合对称性匹配的条件下，在满足能量相近原则下，原子轨道重叠 的程度越大，成键效应越显著，形成的化学键越稳定。,分子轨道能级图,定义：把分子中各分子轨道按能量由低到高排列即为分子轨道能级图,分子轨道的能量主要从光谱实验数据确定,键级,分子的稳定性通过键级来描述，键级越高，分子越稳定。 键级为0的分子不能稳定存在。 一般来说，键长随键级的增加而减小，键能随键级的增加而增大,同核双原子分子,O2 F2 2s 2p 原子轨道 能量相差大,N2 C2 2s 2p 能量差小,电子排布仍然遵循三规则,KK表示有两对电子分别处于2个原子K层的1s轨道,抗磁性：无单电子,顺磁性：有单电子,分子的极性,共价键的极性：极性共价键和非极性共价键,成键原子的电负性差,键的极性+空间构型,极性分子/非极性分子,偶极距,矢量，方向从正电中心指向负电中心,正负电荷中心是否重合,分子间作用力,取向力：固有偶极间的作用力。,极性分子之间,诱导力：固有偶极和诱导偶极间的作用力,极性分子与非极性分子 极性分子与极性分子,色散力：瞬时偶极间的作用力,所有分子之间,主导地位,分子间作用力与物质性质的关系：熔沸点、汽化热、溶解性,分子间作用力的大小：分子的大小 分子的极性 分子的形状,氢键,形成：XHY，X和Y为电负性较大、半径较小的非金属原子,本质和特点：静电相互作用 饱和性和方向性,键长和键能：与X、Y原子的电负性和半径有关,种类：分子内氢键和分子间氢键,氢键与物质性质的关系：熔沸点、水及冰的密度、溶解度等等,生物体系内非常重要,晶体的结构,晶体的特征：整齐的外形 固定的熔点 各向异性,晶格和晶胞,概念：点阵点、点阵、结构基元、晶格、晶胞、晶胞参数,类型：简单立方、体心立方、面心立方,计算：点阵点数目、晶体密度、晶胞参数,等径圆球的密堆积,概念：配位数、空间利用率 空隙种类,非密堆积：简单立方堆积、体心立方堆积,密堆积：面心立方堆积、六方密堆积,晶体的基本类型,金属晶体,离子晶体：掌握典型晶体的结构、涉及计算,原子晶体,分子晶体,类型不同，性质差异大,离子的极化作用,概念：离子极化、离子极化能力、离子的变形性、附加极化作用,多指阳离子,多指阴离子,影响离子极化的因素,极化能力：离子半径、电荷、电子构型,变形性：离子半径、电子构型,离子极化的结果,键型,晶型,物质性质：化合物颜色、化合物稳定性、水解性,第十一章 配位化合物,配位化合物,定义：中心原子或离子与其周围的中性或阴离子配体通过配位键形成的化合物,基本概念：中心原子/离子、配体、配位数、几何结构、配位键,构成：内界+外界,配位原子和配位数：区别配体个数和配位数,单齿配体/双齿配体/多齿配体：螯合物 熟悉常见配体,命名,连缀词：,一般原则：内外界之间先阴离子后阳离子,配位单元为阳离子，阴离子为简单离子或复杂酸根时，内外界间缀以“合”或“酸”字,配位单元为阴离子，则在内外界之间缀以“酸”字,配位单元内：,先配体后中心原子/离子。配体前用二、三、四表示该配体个数；几种不同配体之 间加“.”；配体与中心之间加“合”字，中心后面加(),内用罗马数字表示中心价态,配体的先后顺序,异构现象,种类,书写,结构异构,立体异构,15,配合物的构型：由中心的杂化方式决定,配位化合物的价键理论,将杂化轨道理论用于配位化合物的结构和成键研究,中心价层轨道的杂化,内轨型配合物：(n-1)dnsnp杂化,外轨型配合物：nsnpnd杂化,低自旋型配合物,高自旋型配合物,配合物的磁性,推测中心单电子数目,强场配体：使中心的价电子发生重排的配体 CO CN- NO2- 弱场配体：不能使中心价电子发生重排的配体 F- Cl- H2O,Fe(H2O)63+,Co(CN)63-,配合物的晶体场理论,晶体场中的d轨道,晶体场中d轨道的分裂：八面体场和四面体场,影响分裂能的因素：晶体场的对称性、中心离子的电荷数、中心原子所在的周期数 配体的影响,分裂后的d轨道中电子的排布：三规则,比较电子成对能和分裂能,晶体场稳定化能(CFSE),CFSE=E球-E晶=0-E晶,过渡金属化合物的颜色,d-d跃迁,吸收蓝绿，显浅粉红色,电荷迁移,配位平衡,B,C,D,B,B,B,C,C,A,B,D,18,18,18,18+2,3d5,3d5,3d6,3d3,C,D,3d84s2,3d10,5d8,5d8,A,Jahn-Teller效应,3d0,3d1,3d4,3d3,n=4,3d3,3d5,3d4,3d6,n=0,A,D,波函数,原子轨道,概率密度,电子云,s,轨道能量降低，造成能级交错,8,六B,直线型,sp3d,T型,sp3d,正