普通化学课程

普通化学课程第1页，课件共37页，创作于2023年2月§5-1

原子的组成原子结构理论的发展定比、倍比定律1803年Dalton早期的原子学说阴极射线、放射性现象

1897年Thomson发现电子并测定e/m,提出原子“枣糕式模型”1911年，a粒子散射实验Geiger&Marsden1911年Rutherford提出原子“行星式模型”H原子光谱；Plank量子理论；Einstein光子学说1913年Bohr理论1924年DeBroglie波；1927年Davisson&Germer电子衍射实验；波动力学的建立1926年量子学理论Schrodinger第2页，课件共37页，创作于2023年2月亚原子粒子Subatomicparticles

亚原子粒子也叫基本粒子，泛指比原子核小的物质单元，包括电子、中子、质子、光子以及在宇宙射线和高能原子核实验中发现的一系列粒子。已经发现的基本粒子有30余种，连同共振态共有三百余种。每一种基本粒子都有确定的质量、电荷、自旋、平均寿命等；它们多数是不稳定的，在经历一定平均寿命后转化为别种基本粒子。与化学相关的某些亚原子粒子的性质名称

符号质量/u电荷/e电子

质子

中子

正电子

α粒子

β粒子γ光子e–p

ne+αβ

γ

5.486×10–41.0073

1.0087

(氦原子的核)

(原子核射出的e-)

(原子核射出的电磁波)–1＋105.486×10–4＋1＋2–10第3页，课件共37页，创作于2023年2月夸克根据1963年由盖尔-曼（GellM-Mann）建立的新模型，质子和中子都是由更小的粒子夸克组成的，但现有的理论还不能预言(当然更不用说从实验上证明)电子是可分的。名称下夸克上夸克奇夸克粲夸克底夸克顶夸克符号duscbt电荷-1/3+2/3-1/3+2/3-1/3+2/3质量均为质子的1/100或1/200质子的200倍发现年代197419771995某些最重要的夸克第4页，课件共37页，创作于2023年2月Wave-particleduality

—afundamentalconceptofquantummechanics波粒二象性PrinceLouisdeBroglie,in1923,whilestillagraduatestudentattheUniversityofParis,publishedanoteComptesrendus,freeelectronshaveawavyphenomenonassociatedwiththem.1927DavissonC.J.等人证实了电子束确能发生干涉和衍射。第5页，课件共37页，创作于2023年2月由于宏观物体的波长极短以致无法测量，难以察觉，因而主要表现为粒子性，服从经典力学的运动规律。只有像电子、原子等质量极小的微粒才具有与X射线数量级相近的波长。从这里可以看出h的重要性。h

是个很小的值，m

接近于h

时，λ不能忽略；当m>>h时，因λ很小，波动性失去了意义。物体粒子

m/kgv/m.s-1

λ/pm1V电子9.1×10-31

5.9×105

120010000V电子9.1×10-31

5.9×107

12垒球2.0×10-1

301.1×10-22

子弹1.0×10-2

1.0×103

6.6×10-23

运动粒子的波长第6页，课件共37页，创作于2023年2月波尔以波的微粒性（即能量量子化概念）为基础建立了氢原子模型。薛定谔等则以微粒波动性为基础建立起原子的波动力学模型。第7页，课件共37页，创作于2023年2月§5-2原子光谱与Bohr理论

(一)原子光谱连续光谱：含有所有波长的光。线状光谱：又称原子光谱，是原子受高温火焰、电弧等激发时发射出来的。第8页，课件共37页，创作于2023年2月第9页，课件共37页，创作于2023年2月第10页，课件共37页，创作于2023年2月(二)Bohr模型(Bohr’smodel)爱因斯坦的光子学说普朗克的量子化学说氢原子的光谱实验卢瑟福的原子模型Bohr在基础上，建立了Bohr理论★关于固定轨道的概念玻尔模型认为,电子只能在若干圆形的固定轨道上绕核运动。它们是符合一定量子化条件的轨道。从距核最近的一条轨道算起,n=1时允许轨道的半径为53pm,这就是著名的玻尔半径。第11页，课件共37页，创作于2023年2月★关于轨道能量量子化的概念原子只能处于量子化条件所限定的能量状态(定态stationarystates)。电子只能在有确定半径和能量的定态轨道上运动,且不辐射能量。指除基态以外的其余定态。各激发态的能量随n值增大而增高。电子只有从外部吸收足够能量时才能到达激发态。基态(groundstate):n=1的定态（H原子）。通常电子保持在能量最低的这一基态。基态是能量最低即最稳定的状态。激发态(excitedstates):第12页，课件共37页，创作于2023年2月★关于能量的吸收和发射玻尔模型认为,只有当电子从较高能态(E2)向较低能态(E1)跃迁时,原子才能以光子的形式放出能量,光子能量的大小决定于跃迁所涉及的两条轨道间的能量差：ΔE=E2

－

E1=hν

E:轨道的能量ν：光的频率

h:Planck常量第13页，课件共37页，创作于2023年2月玻尔理论的局限性不能解释H原子光谱的精细结构（每条谱线是由二条紧邻的谱线组成）。不能解释原子光谱在磁场中的分裂不能解释多电子原子的光谱玻尔理论的成功之处满意地解释了实验观察的氢原子光谱和类氢原子（He+,Li2+,B3+）光谱；说明原子的稳定性；计算氢原子的电离能；对其他发光现象（如X光的形成）也能给予解释。第14页，课件共37页，创作于2023年2月

1、薛定谔(Schrödinger)方程和波函数——电子在核外运动状态的描述§5-3原子中电子的运动状态

第15页，课件共37页，创作于2023年2月Notes:（1）波函数ψ是薛定谔方程的合理解，每个ψ对应于一条原子轨道；（2）求解薛定谔方程,就是求得波函数ψ和相应的能量E

;（3）ψ的平方|ψ|²

表示电子在核外空间某位置上单位体积内出现的几率大小，即几率密度或电子云；（4）解得的ψ不是具体的数值,而是包括四个常数

(n,l,m,ms)和三个变量(x,y,z)的函数式ψ(n,l,m,ms)第16页，课件共37页，创作于2023年2月2、

描述电子运动状态的四个量子数（1）

主量子数n

确定电子离核的平均距离

n1234…电子层符号KLMN…（2）

角量子数l

确定原子轨道形状，一个l代表一个亚层，每个亚层能量有小的差别；同一亚层内的轨道能量相同。

l0123…（n-1）亚层spdf…形状球面双球四瓣梅花…n=11sn=22s2pn=33s3p3dn=44s4p4d4f第17页，课件共37页，创作于2023年2月能级交错科顿能级图鲍林近似能级图第18页，课件共37页，创作于2023年2月（3）

磁量子数m决定每个亚层中所含轨道的数目sl=0m=0………...1pl=1m=-1,0,+1……3dl=2m=-2,-1,0,+1,+2……….….5fl=3m=-3,-2,–1,0,+1,+2,+3……7等价轨道（简并轨道）（4）

自旋量子数ms决定单一原子轨道内的电子的自旋方向

ms=+1/2ms=-1/2轨道图的画法

第19页，课件共37页，创作于2023年2月3、轨道角度分布图第20页，课件共37页，创作于2023年2月第21页，课件共37页，创作于2023年2月第22页，课件共37页，创作于2023年2月习题：10第23页，课件共37页，创作于2023年2月§5-4核外电子的分布

（一）基态原子中电子的分布规律1、

能量最低原理

电子总是优先占据能量最低的轨道，占满后才进入能量较高的轨道。根据Pauling原子近似能级顺序，电子填入轨道的次序如下：

1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d当原子序数较小时（Z<24）严格遵守这一顺序，原子序数较大时会出现例外。第24页，课件共37页，创作于2023年2月徐光宪规则：原子外层电子：n+0.7l

越大，E越高；离子外层电子：n+0.4l

越大，E越高。2、PauliExclusionPrinciple同一原子中不能存在运动状态完全相同（四个量子数完全相同）的电子。推论：同一轨道上最多容纳自旋方向相反的两个电子。再结合前三个量子数之间的关系可推知电子层的最大容量：

KLMN

1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f14281832第25页，课件共37页，创作于2023年2月3、

Hund’srule电子分布到等价轨道时总是尽先以相同的自旋状态分占轨道。特例：p6

d10f14

p3d5f7

p0d0f0

e.g.Cs(Z=55)1、Pauling原子近似能级顺序1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s2+2+6+2+6+2+10+6+2+10+6+1=55

2、能级序列：1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s1重排后电子排布：1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p66s1

利用原子实（core）会更简洁：[Xe]6s13、注意Hund’srule的特例的情况第26页，课件共37页，创作于2023年2月§5-5元素周期表

第27页，课件共37页，创作于2023年2月各区元素的价电子构型(通式)：区价电子构型族sns1,2ⅠA,ⅡApns2np1-6ⅢA―ⅦA,0d(n-1)d1-8ns1,2ⅢB―Ⅷds(n-1)d10ns1,2ⅠB,ⅡBf(n-2)f1-14ns2ⅢB第28页，课件共37页，创作于2023年2月§5-6原子的基本性质

（一）原子的结构特征1、

有效核电荷Z’

在多电子原子中，某电子除受核吸引外，还受其他电子的排斥。这种排斥作用减弱了核对该电子的吸引，因此，其他电子的存在，犹如屏风一样，减少了施加某个电子上的电荷数，这作用称为屏蔽效应。也就是说，屏蔽效应抵消了一部分核的正电荷，其抵消（或减少）的核电荷数成为屏蔽常数，用符号σ表示。将核电荷减去其余电子的屏蔽常数叫做有效核电荷，用符号Z´表示。

note：屏蔽只是内层e对外层e而言，外层e对内层e几乎不产生屏蔽效应，屏蔽作用忽略不计。Z’=Z

-

第29页，课件共37页，创作于2023年2月3Li1s22s1

Z’(2s)=Z-

=3–(20.85)=1.319K1s22s22p63s23p64s1

Z’(4s)=19–(101+80.85)=2.229Cu1s22s22p63s23p63d104s1

Z’(4s)=29–(101+180.85)=3.7同层：每一个e产生

=0.35

n-1层：每一个e产生

=0.85

n-2,n-3层：每一个e产生

=1第30页，课件共37页，创作于2023年2月2、

原子半径严格地讲，由于电子云没有边界，原子半径也就无一定数。但人总会有办法的。迄今所有的原子半径都是在结合状态下测定的。◆适用金属元素◆固体中测定两个最邻近原子的核间距一半金属半径(metallicradius)◆适用非金属元素◆测定单质分子中两个相邻原子的核间距一半共价半径(covalentradius)第31页，课件共37页，创作于2023年2月Li157Be112Mg160Na191Ca197K235Rb250Sr215Ba224Cs272Sc164Mo140Cr129Mn137Tc135Re137Os135Ru134Fe126Co125Rh134Ir136Pt139Pd137Ni125Cu128Ag144Au144Hg155Cd152Zn137