无机化学-物质结构

1、 第四章第四章 物质结构物质结构 原子结构、分子结构原子结构、分子结构Structure of materials 1掌握单电子原子、多电子原子的轨道能级和核外电子排布规律，掌握单电子原子、多电子原子的轨道能级和核外电子排布规律，熟练写出第四周期以内元素原子的核外电子排布式；熟练写出第四周期以内元素原子的核外电子排布式；2. 掌握原子结构与周期系的关系掌握原子结构与周期系的关系,了解元素基本性质的变化规律；了解元素基本性质的变化规律；3. 掌握价键理论的要点、共价键的特点及掌握价键理论的要点、共价键的特点及 键和键和 键的形成、特点；键的形成、特点；4. 掌握杂化轨道理论的要点，能解释简单分子

2、的形成及分子的空间掌握杂化轨道理论的要点，能解释简单分子的形成及分子的空间构型；构型；5. 掌握分子间作用力和氢键的形成、特点及对物质性质的影响。掌握分子间作用力和氢键的形成、特点及对物质性质的影响。本章学习要求本章学习要求Properties of WavesWavelength (l) is the distance between identical points on successive waves.Amplitude is the vertical distance from the midline of a wave to the peak or trough.自然界的电磁辐射自

3、然界的电磁辐射 射射线线X|射射线线真真空空紫紫外外近近紫紫外外可可见见光光近近红红外外基基本本红红外外远远红红外外微微波波无无线线电电波波0.01-1010-200200-400400-800800-25002500-50005000-300003E4-5E45E4-3E7波长（波长（nm）Maxwell (1873) proposed that visible light consists of electromagnetic waves.Electromagnetic radiation is the emission and transmission of energy in the

4、form of electromagnetic waves.All electromagnetic radiationl n = cc: speed of electromagnetic waves, i.e., 3.00108 m/s; l l: wavelength; n n: frequency Planks quantum theory量子理论Molecules could emit (or absorb) energy only in discrete (不连续的) quantities, like small packages or bundles. Planck gave the

5、 name quantum (量子） to the smallest quantity of energy that can be emitted (or absorbed) in the form of electromagnetic radiation. The energy E of a single quantum of energy is given by E = h n where h is called Plancks constant. h: 6.63x10-34 J s. n: frequency of the radiation微观粒子能量变化是不连续的，只能以某一最小微观

6、粒子能量变化是不连续的，只能以某一最小能量单位的整数倍变化，最小能量单位称为能量单位的整数倍变化，最小能量单位称为量子量子Max Planck（普朗克）（普朗克）（18581947） v德国物理学家，量子论德国物理学家，量子论的奠基人的奠基人 v1900年，他在黑体辐射年，他在黑体辐射研究中引入能量量子。研究中引入能量量子。由于这一发现对物理学由于这一发现对物理学的发展作出的贡献，他的发展作出的贡献，他获得获得1918年诺贝尔物理年诺贝尔物理学奖。学奖。 v墓碑号刻着他的名和墓碑号刻着他的名和h的的值值 Light has both:1. wave nature2. particle natu

7、re“Photoelectric Effect”光电效应Solved by Einstein in 1905Photon is a “particle” of lighthnKE e-光的波粒二象性A beam of light is really a stream of particles. These particles of light are now called photons(光子，光量子）光子，光量子）. Using Plancks quantum theory of radiation as a starting point, Einstein deduced that eac

8、h photon must possess energy E = hn n h: Planks constant, h=6.63x10-34 J s. n n: frequency of the radiation1924 年年， de Broglie提出了提出了静止质量不为静止质量不为零的微观粒子具有波粒二象性零的微观粒子具有波粒二象性的假的假设设。并。并预言具有动量预言具有动量 P 的微观粒子，其物质波的微观粒子，其物质波的波长为的波长为 l l ， 1. 微观粒子的运动特性1) 波粒二象性波粒二象性1927 年，年， de Broglie 的预言被电子衍射实验的预言被电子衍射实验所证实，

9、故这种物质波称为所证实，故这种物质波称为de Broglie波。波。 h: Plank 常量；常量； v: 微观粒子的速度；微观粒子的速度； P=mv 动量动量mvhph=l感光屏幕感光屏幕金属箔金属箔衍射环纹衍射环纹电子枪电子枪电子束电子束用电子枪发射高速电子通过薄晶体片射击感光用电子枪发射高速电子通过薄晶体片射击感光荧屏，得到明暗相间的环纹，类似于光波的衍荧屏，得到明暗相间的环纹，类似于光波的衍射环纹。射环纹。 电子衍射实验示意图电子衍射实验示意图Louis Victor Pierre Raymond Duc de Broglie (1892-1977)French physicist.

10、Member of an old and noble family in France. He held the title of a prince. In his doctoral dissertation, he proposed that matter and radiation have the properties of both wave and particle. For this work, de Broglie was awarded the Nobel Prize in Physics in 1929. 粒子粒子 m (kg) v (m.s-1) l l (m) 近 似 直

11、近 似 直径径(m) 波动性波动性 1V电子电子 9.110-31 5.9105 1.210-9 10-15 显著显著 氢原子氢原子 1.610-27 1.0103 4.010-10 10-10 尚显著尚显著 枪弹枪弹 1.010-2 1.0103 6.010-35 10-2无无 垒球垒球 2.010-1 3.010 1.110-46 10-2 无无 由上表可知，由上表可知，当波长当波长大于实物粒子直径才表现波动性大于实物粒子直径才表现波动性。宏观物体与宏观物体与微观粒子比较微观粒子比较mvh=l不可能同时准确地测定微观粒子的动量（或速度）不可能同时准确地测定微观粒子的动量（或速度）和位置和位

12、置。3) 量子化特征量子化特征 E = h (Plank定律)微观粒子能量变化是不连续的，只能以某一最小微观粒子能量变化是不连续的，只能以某一最小能量单位的整数倍变化，最小能量单位称为能量单位的整数倍变化，最小能量单位称为量子量子即即 x ph 2) Heisenberg测不准原理测不准原理测不准原理是宏观与微观的判别式。测不准原理是宏观与微观的判别式。(uncertainty principle) x：位置测不准量：位置测不准量 , p：动量测不准量：动量测不准量Werner Karl Heisenberg (1901-1976)German physicist. One of the fo

13、unders of modern quantum theory, Heisenberg received the Nobel Prize in Physics in 1932.Heisenberg W我想不到有甚么诗句或成语可以描述海森伯的文章，我想不到有甚么诗句或成语可以描述海森伯的文章，既能道出他的天才的独创性，又能描述他的思路中既能道出他的天才的独创性，又能描述他的思路中不清楚、有渣滓、有时似乎茫然乱摸索的特点。不清楚、有渣滓、有时似乎茫然乱摸索的特点。 0=V) (Ehm8zyx222222222. 2. 波函数波函数 Wave function1) Schrndinger 方程方程

14、波函数，波函数， Schrndinger 方程的解，描述核外电子在空间运动描述核外电子在空间运动的数学函数式，即的数学函数式，即原子轨道原子轨道 E 轨道总能量（动能与势能总和轨道总能量（动能与势能总和 ）m 微粒质量，微粒质量，h 普朗克常量普朗克常量x,y,z 为微粒的空间坐标，为微粒的空间坐标， (x,y,z)波函数波函数波函数波函数 是描述核外电子运动状态的数学函数式，是原子轨道，是描述核外电子运动状态的数学函数式，是原子轨道，是通过解薛定谔方程是通过解薛定谔方程(微观粒子运动的波动方微观粒子运动的波动方 程程)得到的。得到的。Schrndinger 方程: 描述核外电子运动状态的波动

15、方程。Erwin Schrodinger (1887-1961)Austrian physicist. Schrodinger formulated wave mechanics, which laid the foundation for modern quantum theory. He received the Nobel Prize in Physics in 1933. Schrodinger E1944年，薛定谔还发表了生命是什么？年，薛定谔还发表了生命是什么？活细胞的物活细胞的物理面貌一书（英文版，理面貌一书（英文版，1948；中译本，；中译本，1973）。在此书）。在此书中，薛

16、定谔试图用热力学、量子力学和化学理论来解释生中，薛定谔试图用热力学、量子力学和化学理论来解释生命的本性，引进了非周期性晶体、负熵、遗传密码、量子命的本性，引进了非周期性晶体、负熵、遗传密码、量子跃迁式的突变等概念。这本书使薛定谔成了今天蓬勃发展跃迁式的突变等概念。这本书使薛定谔成了今天蓬勃发展的分子生物学的先驱。的分子生物学的先驱。 2) 波函数与原子轨道波函数与原子轨道 v 波函数波函数是是描述微观粒子在核外三维空间的描述微观粒子在核外三维空间的 一种运动状态的数学表达式一种运动状态的数学表达式(x,y,z)v 波函数是描述微观粒子运动的波动方程即薛波函数是描述微观粒子运动的波动方程即薛 定

17、谔方程的解。定谔方程的解。v 一个确定的波函数即表示电子的一种运动状态。一个确定的波函数即表示电子的一种运动状态。波函数波函数又可称为又可称为原子轨道原子轨道。如：。如：1s 又称为又称为1s轨道。轨道。 3) 直角坐标直角坐标( x,y,z)与球坐标与球坐标 (r, , )的转换的转换 (x,y,z)= (r, , )=R(r)Y( , )径向波函数径向波函数 角度波函数角度波函数# 一个合理的波函数，必然对应一组合理的量子数：n、l、m。 n, l, m, 称为量子数，是决定波函数的三个参数。球坐标与直角坐标关系各种波函数的角度分布图各种波函数的角度分布图s、p 轨道角度部分剖面图轨道角度

18、部分剖面图zx+szx+pxzy+pypzzx+d 轨道角度部分剖面图轨道角度部分剖面图+yxdxy+zxdxz+zYdyz+d x2y2yx+d z2zx四四花花瓣瓣形形f 原子轨道角度分布图原子轨道角度分布图注意：注意：A.A.仅是轮廓图，并不表示电子的运动轨迹。仅是轮廓图，并不表示电子的运动轨迹。B.B. 有正、负之分，表明在这个区域的正负值，有正、负之分，表明在这个区域的正负值，在论化学键的成键与否或键的强弱时，两在论化学键的成键与否或键的强弱时，两个符号相同的轨道相互重叠，才能保证化个符号相同的轨道相互重叠，才能保证化学键的形成。学键的形成。1) 1) 具有波动性的微观粒子不再服从经

19、典力学规律，具有波动性的微观粒子不再服从经典力学规律， 它们的运动没有确定的轨道，只有一定的空它们的运动没有确定的轨道，只有一定的空间间几几率分布，遵循测不准关系率分布，遵循测不准关系, ,故故对微观粒子的运动对微观粒子的运动状态只能采用统计的方法，做出几率性的判断。状态只能采用统计的方法，做出几率性的判断。3) 概率（几率）密度概率（几率）密度：电子在核外空间某处单位电子在核外空间某处单位 微体积内出现的概率微体积内出现的概率,它等于波函数绝对值的平它等于波函数绝对值的平方，方，即即|2 dp/dvdp/dv。3. 概率和概率密度2) 概率（几率）：概率（几率）：电子在核外空间某区域出现机电

20、子在核外空间某区域出现机会的大小会的大小。 电子云（即电子云（即|2）的角度分布图的角度分布图：v 电子云图：电子云图：用小黑点的疏密来表示电子在外空间几率密度分布的具体图像。用小黑点的疏密来表示电子在外空间几率密度分布的具体图像。因为因为 2(r, , )=D2(r)Y2( , ) ，根据根据Y2( , ) ( , )可以画出电子云的角度分布图可以画出电子云的角度分布图v 电子云：电子云：电子在核外空间几率密度分布的电子在核外空间几率密度分布的 形象。即形象。即|2具体分布图形。具体分布图形。Within which 95% of theprobability to find e- for

21、the 1s orbital电子云图（概率密度分布图）电子云图（概率密度分布图）界面图（界面内电子出现的概率界面图（界面内电子出现的概率95%）各种电子云的角度分布图各种电子云的角度分布图zxsdz2zxydx2y2xydxyxzyxS电子云电子云 P电子云电子云各种电子云的空间分布图象各种电子云的空间分布图象球形对称球形对称哑铃形，沿某个坐标轴哑铃形，沿某个坐标轴呈柱形对称，在核附近呈柱形对称，在核附近及另两个轴方向上几率及另两个轴方向上几率密度为零。密度为零。d 电子云电子云五种空间取向，花瓣形，核附近几率密度为零五种空间取向，花瓣形，核附近几率密度为零d电子云电子云 f f 轨道轨道 (

22、 ( l l = 3,= 3,m m = +3,+2,+1, 0, -1, -2, -3 ) = +3,+2,+1, 0, -1, -2, -3 ) : : m m 七种取值七种取值, , 空间七种空间七种取向取向, , 七条等价七条等价( (简并简并) ) f f 轨道轨道. .f电子云电子云 =s, p, d平面示意图平面示意图 电子云电子云| |2分布图分布图 yx+ (s)yx| (s)|2yx| (px)|2yx| (py)|2zx| (pz)|2yx (px)+-yx (py)+-zx (pz)+- 对于多电子原子，以上轨道也近似存在对于多电子原子，以上轨道也近似存在原子轨道与电子

23、云角度分布图比较原子轨道与电子云角度分布图比较图的形状较图的形状较“瘦瘦” 为正值为正值图的形状较图的形状较“胖胖” 为为 正、负值正、负值不同不同伸展方向相同伸展方向相同形状相似形状相似相同相同Y2( , )Y ( , )角度分布函数角度分布函数电子云电子云原子轨道原子轨道原子轨道与电子云角度分布图比较原子轨道与电子云角度分布图比较名称名称 径向分布函数图径向分布函数图: :rr+drD(r)r D(r) = 2 4 r2 称为径向称为径向分布函数分布函数,表示电子在离核半表示电子在离核半径为径为r 的球面上单位厚度球的球面上单位厚度球壳内出现的概率。壳内出现的概率。D(r)r1s52.9p

24、m 氢原子氢原子1s电子：电子：在原子在原子核附近核附近概率密度（概率密度（ 2 ）最大，而在离核半径最大，而在离核半径52.9pm (Bohr半径半径) 的球壳的球壳层中有最大层中有最大概率（概率（ 2 4 r2 ）。Radial probability distributions (径向概率分布函数径向概率分布函数) for atomic orbitals with n=1-3.D(r)D(r) = 2 4 r24.2 核外电子运动状态核外电子运动状态指电子所在的电子层和原子轨道的能级指电子所在的电子层和原子轨道的能级(n, l)、形状形状(l)、伸展方向伸展方向(m)和电子本身的自旋方向

25、和电子本身的自旋方向(ms)。 1. 四个量子数：四个量子数： quantum number 描述描述电子层电子层( (能层能层) ) 描述电子离核远近，描述电子离核远近， n 是决定电子能量的主要因素是决定电子能量的主要因素 物理意义：物理意义：相应光谱项：相应光谱项： K L M N O P Q. 1) 主量子数主量子数 n ： principal quantum 取值：取值： 1 2 3 4 5 6 7 n eVnE26 .13 = = 单电子原子（离子），电子能量完全决定于单电子原子（离子），电子能量完全决定于nn值越大，能量越高值越大，能量越高多电子原子，电子能量与多电子原子，电子能

26、量与n和原子轨道形状和原子轨道形状l有关有关。 = f(n, l, m, ms)principal quantum number nn = 1, 2, 3, 4, .n=1n=2n=3distance of e- from the nucleusBoundary surfaces of s orbitals2) 角量子数角量子数 l 物理意义：物理意义： 描述原子轨道或电子云描述原子轨道或电子云形状形状； 表示同一电子层中具有不同的表示同一电子层中具有不同的亚层亚层； 在多电子原子中，确定能量的次要因素在多电子原子中，确定能量的次要因素。 angular quantum number取值取值:

27、 0，1， 2， (n-1) 共共n个个l0123亚层亚层spdf电子云形状电子云形状球对称球对称哑铃形哑铃形四花瓣形四花瓣形各电子层的亚层数各电子层的亚层数=电子层的电子层的 n值值l = 0 (s orbitals)l = 1 (p orbitals)Boundary surfaces of the three p orbitalsl = 2 (d orbitals)Boundary surfaces of the five d orbitals = f(n, l, m, ms)angular momentum quantum number lfor a given value of n,

28、 l = 0, 1, 2, 3, n-1n = 1, l = 0n = 2, l = 0 or 1n = 3, l = 0, 1, or 2Shape of the “volume” of space that the e- occupies l = 0 s orbitall = 1 p orbitall = 2 d orbitall = 3 f orbital zyxnpnpnpEEE=多电子原子中，电子能量由多电子原子中，电子能量由n 、 l 共同共同 决定。决定。n 、l 相同的电子，能量相同，处于同相同的电子，能量相同，处于同 一能一能级级,称称为等价轨道为等价轨道(简并轨道简并轨道)

29、.同一亚层（即简并轨道或等价轨道）同一亚层（即简并轨道或等价轨道）（n, l 相同）相同）：多电子原子：多电子原子： E1s E2s E3s E4s （n不同，不同，l 相同）相同） Ens Enp Endl Existence (and energy) of electron in atom is described by its unique wave function .Pauli exclusion principle - no two electrons in an atomcan have the same four quantum numbers. = f(n, l, m, ms

30、)Each seat is uniquely identified (E, R12, S8)Each seat can hold only one individual at a timeHow many electrons can an orbital hold?If n, l, and ml are fixed, then ms = or - = (n, l, m, ) or = (n, l, m, -)An orbital can hold 2 electronsHow many 2p orbitals are there in an atom?2pn=2l = 1If l = 1, t

31、hen m = -1, 0, or +13 orbitalsHow many electrons can be placed in the 3d subshell?3dn=3l = 2If l = 2, then m = -2, -1, 0, +1, or +25 orbitals which can hold a total of 10 e- =ssssmmlnmmlnmmlnmmln, 1, 2, 4421, 0, 3321, 1, 2221, 0, 2,1当的量子数。例：给下列各组填入适31021小结小结vn,m,l三个量子数可确定一个原子轨道三个量子数可确定一个原子轨道(n,l,m)v

32、n, l , m,ms四个量子数确定一个电子的运动状态四个量子数确定一个电子的运动状态.vn,l相同的原子轨道，能量相同，称为简并轨道。相同的原子轨道，能量相同，称为简并轨道。v每个电子层的亚层数每个电子层的亚层数 = n 值值 v每个电子亚层的轨道数为（每个电子亚层的轨道数为（2l+1 )个个 v每个电子层的轨道总数为每个电子层的轨道总数为n2个，最多可容纳个，最多可容纳2n2 个电子个电子 主量子数主量子数n和角量子数均不相同时，出现和角量子数均不相同时，出现 “能级交错能级交错”现象现象E4s E3d E4p . 。 角量子数相同，能级能量随主量子数的增角量子数相同，能级能量随主量子数的

33、增 大而升高，即大而升高，即E1s E2s E3s E4s . 。 主量子数相同，能级能量随角量子数主量子数相同，能级能量随角量子数l的增的增 大而升高，即大而升高，即Ens Enp End En f . 。2.2.Or 同一能级组：同一能级组：ns (n-2)f (n-1)d npOr 不同电子层：不同电子层：EK EL EM EN 能级交错能级交错interleavingns (n-2)f (n-1)d npEns Enp End EnfEK EL EM ENEnergy levels of multi-electron atomic orbitals多电子原子轨道近似能级图多电子原子轨道

34、近似能级图1s2p2s3p3s4p3d4s5p4d5s6p5d4f6s7p6d5f7s n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 n=7 K L M N O P Q 能级1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p ns(n-1)d(n-2)f 26Fe Ar3d64s2 Ar3d64s0 Ar3d54s0 Ar3d44s2 Ar3d34s2 Fe2+ Fe3+Electron Configurations of Cations and AnionsNa Ne3s1Na+ NeCa Ar4s2Ca2+ ArAl Ne3s23p1Al3+ NeAtoms lose el

35、ectrons so that cation has a noble-gas outer electron configuration.H 1s1H- 1s2 or HeF 1s22s22p5F- 1s22s22p6 or NeO 1s22s22p4O2- 1s22s22p6 or NeN 1s22s22p3N3- 1s22s22p6 or NeAtoms gain electrons so that anion has a noble-gas outer electron configuration.Of Representative ElementsNa+: NeAl3+: NeF-: 1

36、s22s22p6 or NeO2-: 1s22s22p6 or NeN3-: 1s22s22p6 or NeNa+, Al3+, F-, O2-, and N3- are all isoelectronic with NeWhat neutral atom is isoelectronic with H- ?H-: 1s2same electron configuration as HeElectron Configurations of Cations of Transition MetalsWhen a cation is formed from an atom of a transiti

37、on metal, electrons are always removed first from the ns orbital and then from the (n 1)d orbitals.Fe: Ar4s23d6Fe2+: Ar4s03d6 or Ar3d6Fe3+: Ar4s03d5 or Ar3d5Mn: Ar4s23d5Mn2+: Ar4s03d5 or Ar3d5What is the electron configuration of Mg?Mg 12 electrons1s 2s 2p 3s 3p 4s 1s22s22p63s22 + 2 + 6 + 2 = 12 ele

38、ctronsAbbreviated as Ne3s2Ne 1s22s22p6What are the possible quantum numbers for the last (outermost) electron in Cl?Cl 17 electrons1s 2s 2p 3s 3p 4s 1s22s22p63s23p52 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17 electronsLast electron added to 3p orbitaln = 3l = 1ml = -1, 0, or +1ms = or -元素原子的电子层结构呈周期性变化元素原子的电子层结构呈周期性变化 ，导

39、，导致元素性质周期性变化致元素性质周期性变化, 这就是元素周期律。这就是元素周期律。2. 2. 元素周期系元素周期系周期的划分与能级组的划分完全一致，每个周期的划分与能级组的划分完全一致，每个能级组都独自对应一个周期。共有七个能级能级组都独自对应一个周期。共有七个能级组，组， 所以共有七个周期。所以共有七个周期。1) 元素周期律元素周期律2) 元素的周期元素的周期When the Elements Were DiscoveredFamilies of elements in the periodic tablens1ns2ns2np1ns2np2ns2np3ns2np4ns2np5ns2np6

40、d1d5d104f5fGround State Electron Configurations of the Elements周期的划分和轨道能级组的关系周期的划分和轨道能级组的关系周期周期数数原子原子序数序数元素元素数目数目最高能级组最高能级组最大电最大电子容量子容量11221s第一能级组第一能级组2231082s,2p第二能级组第二能级组83111883s,3p第三能级组第三能级组841936184s,3d,4p第四能级组第四能级组1853754185s,4d,5p第五能级组第五能级组1865586326s,4f,5d,6p第六能级组第六能级组32787109(未完未完)237s,5f,6

41、d,7p第七能级组第七能级组32周期数周期数元素电子层数元素电子层数能级组中最高主量子数能级组中最高主量子数周期周期短周期（一，二，三）短周期（一，二，三）长周期（四，五，六，七）长周期（四，五，六，七）族族主族主族(IA-VIIA,0)原子最后一个电子原子最后一个电子填填 在外层在外层 ns、np轨道轨道 副族副族(IIIB-IIB,IB)最后一个电子填在最后一个电子填在(n-1)d或或 (n- 2)f 轨道上轨道上1SH He2345672S3S4S5S6S7S3d4d5d2p3p4p5p6p4f5f4) 元素的区元素的区Block structureA nature division o

42、f the periodic table into blocks according to the outer electron configurations外层电子构型 of atoms. s block: outer electron configurations (ns)1-2. Main groupp block: outer electron configurations (ns)2(np)1-6. Main groupd block: outer electron configurations (n-1)d1-8ns2 Transition elements; Exception:

43、 Cr, Mo, Nb, Ru, Rh, Pd, Ptds block: outer electron configurations (n-1)d10ns1-2 Transition elementsf block: outer electron configurations (n-2)f1-14ns2 Lanthanides (4f) and Actinides (5f). There are exceptions Ground State Electron Configurations of the ElementsExceptions in d block:Cu 4s13d10; Ag

44、5s14d10; Au 6s15d10Cr 3d54s1; Mo 4d55s1;Nb 4d45s1 Ru 4d75s1; Rh 4d85s1; Pd 4d10; Pt 5d96s1Exceptions in f block:La: 5d16s2; Ce: 4f15d16s2; Gd: 4f75d16s2Ac: 6d17s2; Th: 6d27s2; Pa: 5f26d17s2; U: 5f36d17s2; Np: 5f46d17s2; Cm: 5f76d17s2In Chinese book:The Lanthanide(镧系元素镧系元素): From La (57) to Lu (71)Th

45、e Actinide(锕系元素锕系元素): From Ac (89) to Lr (103)In Raymond Changs book: The Lanthanide: From Ce (58) to Lu (71)The Actinide: From Th (90) to Lr (103)In the other book: The Lanthanide: From La (57) to Yb (70)The Actinide: From Ac (89) to No (102) 3.元素基本性质的周期性元素基本性质的周期性 1) 原子半径原子半径 v 共价半径共价半径 同种元素的两个原子，

46、同种元素的两个原子， 以共价单键相连时，以共价单键相连时，核间距的一核间距的一 半半，为共价半径。，为共价半径。 d核间距为核间距为d， v金属半径金属半径 金属晶体中，金属原子被视为刚性金属晶体中，金属原子被视为刚性球体，彼此相切，其核间距的一半，为金属半径。球体，彼此相切，其核间距的一半，为金属半径。 v van de Waals半径半径惰性气体中，原子间不形成化学键，但由于在惰性气体中，原子间不形成化学键，但由于在T很低时也能液化、固化，因此很低时也能液化、固化，因此 原子原子(分子分子)间以间以分子间力分子间力 作用，相互接触，形成分子晶体；作用，相互接触，形成分子晶体；又如干冰又如干

47、冰CO2，两个分子间也以两个分子间也以van de Waals力力相互作用相互作用, 其其O-O间的一半间的一半为为van de Waals半径半径。AARAACO2CO2以上二者都称为接触半径以上二者都称为接触半径或或van de Waals半径。半径。 原子半径原子半径在周期表中的递变规律在周期表中的递变规律 同一主族，从上到下原子半径逐渐增大同一主族，从上到下原子半径逐渐增大减小程度不大减小程度不大, r = 5pm。 同一副族从上到下变化幅度小，第五、同一副族从上到下变化幅度小，第五、六周期六周期元素的原子半径非常接近元素的原子半径非常接近。 同一周期中同一周期中：v长周期过渡元素长周

48、期过渡元素：从左到右原子半径从左到右原子半径v短周期短周期：从左到右原子半径逐渐减小从左到右原子半径逐渐减小变化幅度较大变化幅度较大。主族元素主族元素2) 电离能电离能 （ionization energy） 第一电离能（第一电离能（I1）：）：A(g)-e A+ (g) 第二电离能：由气态第二电离能：由气态+1价离子再失去一个电价离子再失去一个电 子成为子成为+2价离子所需的能量价离子所需的能量I 1 I2 2.0 为非金属元素为非金属元素X 1.7 易形成稳定离子易形成稳定离子Na + 2s 2 2p 6， Cl 3s 2 3p 6 ，只转移少数电子就只转移少数电子就达稀有气体式稳达稀有气

49、体式稳定结构定结构。Na ( s ) + 1/2 Cl 2 ( g ) = NaCl ( s )形成离子键时释放能量多形成离子键时释放能量多 H = 410.9 kJmol-12. 离子键的特征离子键的特征1) 作用力的实质是静电引力作用力的实质是静电引力221rqqF 2) 离子键没有方向性离子键没有方向性离子离子与任何方向性不同的离子相吸引与任何方向性不同的离子相吸引,所以无方向性所以无方向性。3) 离子键没有饱和性离子键没有饱和性只要是正负离子之间，则彼此吸引，只要是正负离子之间，则彼此吸引，即无饱和性。即无饱和性。因离子化合物是正负离子由离子键交替连接构成的晶体物质，没有单个正负离子的

50、分子存在，故离子化合物的分子式只是其化学式。3) 离子半径离子半径 R阳阳R原原R阴阴 同一周期同一周期，离子电子构型相同的，离子电子构型相同的阳阳 RNa+=95pmRCl=99.4pmRA3+ RA2+ RA+ R Fe3+=64pm 0键的极性与电负性差键的极性与电负性差的关系的关系键键键型过渡键型过渡H HH BrH ClH FNa+ F - 00.40.70.91.93.1非极性键非极性键极性键极性键离子键离子键负性差负性差来衡量来衡量 , 越大键极性越强越大键极性越强 。 共价键共价键H I 分子的极性分子的极性分子的极性大小用偶极矩分子的极性大小用偶极矩衡量衡量+q-qd偶极矩偶

51、极矩=d.q=d.q非极性分子非极性分子 = 0分子中键均为非极性键分子中键均为非极性键有极性键有极性键, ,但分子结构对称但分子结构对称极性分子极性分子分子结构不对称分子结构不对称 0+-+-OHHOOc180.vv 价健理论局限性价健理论局限性： 无法解释分子的空间构型无法解释分子的空间构型 健角健角 分子构型分子构型 H2O 104.50 V型型 CH4 109.280 正四面体型正四面体型1) 在形成分子时在形成分子时,原子中能量相近的几个原子中能量相近的几个 原子轨道重新组合而形成一组新的原原子轨道重新组合而形成一组新的原 子轨道，这一过程称为杂化，形成的新轨道称为杂化轨道子轨道，这

52、一过程称为杂化，形成的新轨道称为杂化轨道 1. 1. 杂化轨道理论的基本要点杂化轨道理论的基本要点 4.6 杂化轨道理论杂化轨道理论 Hybridization of Atomic Orbitals杂化轨道形状一头大一头小的葫芦型杂化轨道形状一头大一头小的葫芦型。3) 轨道杂化增强原子轨道的成键能力轨道杂化增强原子轨道的成键能力；2) 杂化轨道数目等于参与杂化的原子轨道数目杂化轨道数目等于参与杂化的原子轨道数目；（最大重叠、最小斥力）最大重叠、最小斥力）。 2.杂化类型与分子空间构型杂化类型与分子空间构型 v spsp杂化杂化 2个个sp 杂化轨道杂化轨道特点：特点：sp=s/2+p/2两个两

53、个sp 杂化轨道的夹角为杂化轨道的夹角为180+y+xy+x+-y-x=+ 直线型直线型空间构型空间构型Formation of sp Hybrid Orbitals两个两个sp 杂化轨道的夹角为杂化轨道的夹角为1802s22p0激发2s12p1杂化sp成键Cl ClEx.形成形成BeCl2分子分子分子为分子为直线型结构直线型结构特点：特点：sp=s/2+p/2+-Cl+-Cl+-杂化轨道杂化轨道Be: 1s22s2v sp2 杂化杂化2s22p1激发2s12p2杂化成键FFFsp2杂化轨道 三个三个sp2 杂化轨道的夹角为杂化轨道的夹角为120 空间构型为空间构型为; 平面三角型平面三角型

54、BF3 分子分子特点特点： = S/3+2p/3Formation of sp2 Hybrid Orbitalsv sp3 杂化杂化 2s22p2激发2s12p3杂化成键HHHsp3杂化轨道H 四个四个sp3 杂化轨道的夹角为杂化轨道的夹角为10928 空间构型为空间构型为; 正四面体型正四面体型 CH4 分子分子特点：特点： = S/4+3p/4 vv等性杂化等性杂化: : 各个杂化轨道的形状和能量完全各个杂化轨道的形状和能量完全相同。相同。 vv不等性杂化不等性杂化: : 参与杂化的原子轨参与杂化的原子轨道中存道中存在孤对电子，则形成的杂化轨道的形状和能量不完在孤对电子，则形成的杂化轨道的

55、形状和能量不完全相同。全相同。判断是否等性杂化，要看各条杂化轨道的能量是否相等，不能看未参加杂化的轨道的能量。3. 等性杂化和不等性杂化等性杂化和不等性杂化2s22p3成键HHsp3杂化轨道H杂化NH3H2O2s22p4成键Hsp3杂化轨道H杂化三角锥型三角锥型V 型型1071810445参与杂化但不成键参与杂化但不成键参与杂化但不成键参与杂化但不成键氨分子的不等性氨分子的不等性sp3杂化杂化Predict correctbond angle水分子的不等性水分子的不等性sp3杂化杂化 (1)(1) 在形成多原子分子时，在形成多原子分子时，能量相近能量相近的原子轨的原子轨 道发生混合道发生混合,

56、 ,重新形成能量相同的杂化轨道。重新形成能量相同的杂化轨道。 杂化轨道理论小结杂化轨道理论小结 (2) (2) 杂化轨道数目与参与杂化的杂化轨道数目与参与杂化的原子轨道数目等原子轨道数目等，杂化轨道有确定的杂化轨道有确定的伸展方向伸展方向。 (3) (3) 杂化分杂化分等性杂化等性杂化和和不等性杂化不等性杂化。 (4) 杂化轨道杂化轨道成键能力增强成键能力增强。 s s成分越多，成分越多， 成键能力越强成键能力越强sp sp2 sp3 p 只能形成只能形成键键，有一定的，有一定的局限性局限性。杂化类型杂化类型 轨道数轨道数 轨道夹角轨道夹角 分子构型分子构型 sp 2 180 直线型直线型 s

57、p2 3 120 平面三角型平面三角型 sp3 4 等性等性10928 正四面体正四面体 不等性不等性10718 三角锥型三角锥型 10445 V型型4.4.轨道杂化类型与分子空间构型轨道杂化类型与分子空间构型 sp Linear sp2 Trigonal planar sp3 Tetrahedral dsp3 or sp3d Trigonal bipyramidald2sp3 or sp3d2 Octahedral# of Lone Pairs+# of Bonded AtomsHybridizationExamples23456spsp2sp3sp3dsp3d2BeCl2BF3CH4, N

58、H3, H2OPCl5SF6How do I predict the hybridization of the central atom?Count the number of lone pairs AND the numberof atoms bonded to the central atomSigma bond () electron density between the 2 atomsPi bond () electron density above and below plane of nuclei of the bonding atoms(d) The valence bond model of methane, showing the bonding between carbon sp3 orbitals and four hydrogen 1s orbitals (e) The sp2 bonding and