原子结构与键合.ppt

1、第一章 原子结构与键合,宋强 副教授,重点与难点,1、描述原子中电子的空间位置和能量的4个量子数。 2、核外电子排布遵循的原则。 3、元素性质、原子结构和该元素在周期表中的位置三者之 间的关系。 4、原子间结合键分类及其特点。,1.1 原子结构,一、物质的组成分子、原子、离子 1、分子：能单独存在，且保持物质化学特性的一种微粒。 2、原子：化学变化中的最小微粒，是组成分子和物质的基本单元。 注意原子不是物质的最小微粒 二、原子的结构 1、结构：原子核（质子+中子）+核外电子 2、特点：1）电中性，质子数=核外电子数； 2）体积小； 3）质量主要集中在原子核内,三、原子的电子结构（重点掌握）,电

2、子云:用统计的方法判断电子在核外空间某一区域内出现的几率的大小 1、原子中的一个电子的空间位置和能量用四个量子数确定： 1）主量子数n决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即表示电子所 处的量子壳层。 n=1，2，3，4； 依次命名为K、L、M、N壳层,电 子 云,量 子 壳 层,镁的电子分布状况,2）轨道角动量量子数li给出电子在同一量子壳层所处的能级（电子亚层） 取值为0，1，2，n-1 例：若n=2，则有两个轨道角动量量子数l2=0和l2=1 说明L壳层中，根据电子能量的差别，还包含两个电子亚层,说明：在同一量子壳层中，亚层电子的能量是按s,p,d,f,g的次序递增,三、原子的电子结构（

3、重点掌握）,3）磁量子数mi给出每个轨道角动量量子数的能级数或轨道数。 每个li下的磁量子数为2li+1 4）自旋角动量量子数si反映电子不同的自旋方向 规定：si为 和 ，反映电子顺时针和逆时针两种自旋方向，用“”和“”,三、原子的电子结构（重点掌握）,钠元素11个电子中每个电子的全部量子数,钠（原子序数为11）原子结构中KL、M量子壳层的电子分布状况,2、核外电子的排布规律遵循的原则： 1）能量最低原理：电子排布总是尽可能使体系得能量最低 电子总是先占据能量最低的壳层，排满后再进入下一壳层 KLMN 同一电子层，电子按照spdfg 2）泡利不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全相同的

4、两个电子 3）洪德（Hund）定则： 在同一亚层中的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，而且 自旋方向相同； 当电子排布为全充满、半充满或全空时，整个原子的能量最低。 举例：碳、氮、氧三元素原子的电子层排布,主量子数为n的壳层，最多容纳2n2个电子,三、原子的电子结构（重点掌握）,需注意的问题,当原子序数较大时，电子排列并不总是按 照规则依次排列的，d和f能级开始被填充 时，相邻壳层的能级有重叠现象。 举例：原子序数为26的铁原子 1s22s22p63s23p63d64s2 写出原子数为32、62的原子的电子排布 1s22s22p63s23p63d104s24p2 1s22s22p63

5、s23p63d104s24p64d104f65s25p66s2 写出原子数为24、29的原子的电子排布,四、元素周期表,1、基本概念回顾 元素：具有相同核电荷数的同一类原子的总称。 元素周期律：元素的外层电子结构随着原子序数（核中带正电荷的质子 数）的递增而呈周期性的变化的规律。 同位素:具有相同的质子数而中子数不同的同一元素的原子。 质量不同、化学性质相同,2、说明 1）7个横行周期按原子序数递增的顺序从左至右排列； 2）18个纵行16族，7个主族、7个副族、1个族、1个零族，最外层的电子数相同，按电子壳层数递增的顺序从上而下排列。 3、特点： 1）同一周期元素：核外电子层数相同，从左到右，

6、金属性逐渐减弱， 非金属性逐渐增强。 2）同一主族元素：从上到下电子层数增多，金属性逐渐增强，非金属性 逐渐减弱。 3）价电子数：惰性元素、碱金属、过渡族金属 写出Fe2+：1s22s22p63s23p63d6 Fe3+：1s22s22p63s23p63d5,四、元素周期表,1.2 原子间的键合,一、金属键,1、典型金属原子的结构特点 1）最外层电子数很少； 2）价电子极易挣脱原子核之束缚而成为自由电子，形成电子云； 2、定义：金属中自由电子与金属正离子之间构成的键 3、金属键特点： 1）电子共有化； 2）无饱和性、无方向性； 3）形成低能量密堆结构。,金 属 键,4、性能： 良好的导电、导热

7、性能，良好的延展性,金属变形时，由金属键结合的原子可变换相对位置，因而金属具有良好的延性,将电压作用于金属时，电子云中的电子很容易运动并传送电流,一、金属键,二、离子键,1、结合实质 2、特点： 1）以离子而不是原子为结合单位； 2）正负离子相间排列，异号离子间吸引力最大， 同号离子间斥力最小； 3) 无方向性、无饱和性。 3、性能：1）熔点高；2）质硬且脆；3）导电性差。,离 子 键,三、共价键,1、实质：由两个或多个电负性相差不大的原子间通过共用电子对而 形成的化学键。 2、分类： 1）极性键共用原子对偏于某成键原子。 2）非极性键共用原子位于两成键原子中间。 3、特点： 1）具有方向性（

8、s层除外）； 2）具有饱和性； 3）配位数较小，结合极为牢固。,共 价 键,4、性能：1）结构稳定；2）熔点高；3）质硬脆；4）导电、导热能力差。,共价键材料在外力作用下可能发生键的破断。因此，共价键材料是脆性的,三、共价键,四、范德华力,1、实质：由于近邻原子的相互作用引起电荷位移而形成偶极子，借助这种 微弱的、瞬时的电偶极矩的感应作用，将原来具有稳定的原子结构的原子 或分子结合为一体的键合。 2、静电力、诱导力、色散力 3、特点： 1）无方向性和饱和性； 2）结合力弱,范德瓦耳斯力,五、氢键,1、实质：氢原子中唯一的电子被其它原子所共有（共价键结合），裸露 的带正电荷的原子核将与近邻分子的负端相互吸引氢桥 2、特点： 1）具有方向性和饱和性； 2）键能介于化