《无机化学》课程的主要内容..ppt

1、无机化学课程的主要内容,物 质 的变化规律,物质的制备与性质,物质的形态与结构,气液固体 原子结构 分子结构 晶体结构,化学热力学 化学动力学 酸碱平衡 沉淀平衡 氧化还原 络合平衡,元素通论 s,ds区元素 p区元素 d区元素 f区元素,大学基础化学补充教材， 大学基础化学,参考进度表,推荐读物： 约翰格里宾，双螺旋探秘量子物理学与生命 上海科技教育出版社，2001年。 John Gribbin, Insearch of the Double Helix: Quantum Physica and Life, 1985.,“生物是由无生命的分子组成的。当这些分子被分离出来并逐个加以考察时，它们

2、符合所有描述无生命物质行为的物理和化学定律。”(Albert Lehninger),第七章 原子结构（1）,序言、 1 原子的基本结构 2 原子结构的历史回顾 3 现代原子结构学说的实验基础 一、氢原子光谱与Bohr模型 1 氢原子光谱及Balmer实验定律 2 Bohr 模型及其局限性 二、微观粒子的运动规律 1 波粒二象性 2 波函数和电子云 3 四个量子数 三、波函数和电子云的空间图象 1 电子云径向分布图 2 波函数角度分布图,原子结构 Atomic Structure,历史发展 实验基础 (自学，普化原理和 atom-a.pdf) 基本结构,Particle Location Cha

3、rge Mass(amu) ProtonNucleus+1 1.0 Neutron Nucleus 0 1.0 ElectronAround nucleus-1 0.00055,关键问题： 电子排布及其与化学性质之间的关系,原子(Atom),电子和原子核：带正电原子核和电子，静电吸引。形成化学键时，电子运动发生改变，原子核不变。 核的结构：带正电质子和不带电中子。质子与中子强吸引作用与质子间静电排斥作用相对抗。Z增加，排斥作用占主导。稳定存在的元素的数目有限。 同位素：质子数相同中子数不同的原子。天然混合同位素组成元素，原子量由比例定。化学性质非常相似。 放射性：不稳定的核因发射高能粒子而分解

4、。Z 83 (Bi)的元素都具有放射性。许多放射性同位素应用于生化研究及医学诊断。,实验规律 (Balmer, Rydberg) 波数 = 1/ = RH (1 / 22 1/ n2) (n = 3, 4, 5，) RH = Rydberg 常数， 为1.0967758 107 (m-1),一、氢原子光谱与Bohr模型,Bohr 模型: E = h =hc/ 波数= E/(hc )= B/(hc) (1 / n12 1/ n22) 其中， B/(hc) = 1.0973731 107 (m-1) 与RH很相近。 (原子有确定的电子轨道，轨道能量是量子化的，电子跃迁吸收或发射能量),量子化概念,

5、Bohr模型的局限性：,对多原子体系不适用，也不能解释光谱的精细结构，等等。 没有正确描述电子的微观状态。,1、波粒二象性 1924，法国Louis de Broglie 能量 E = h 动量 P = h/ E, P粒性 ， 波性 De Broglie关系 = h / P = h / (mv),二、微观粒子的运动规律,子弹，m = 2.5 10-2 Kg, v = 300 ms-1; 电子，me = 9.110-31 Kg, v = 5.910-5 ms-1; 波长： 子弹 = h / (mv) = 6.610-34 / (2.5 10-2 300) = 8.8 10-35 (m) 可忽略，

6、主要表现为粒性。 电子 = h / (mv) = 6.610-34 / (9.1 10-31 5.910-5) = 12 10-10 (m) = 1.2 nm,例：,1927， 美国C. Davisson and L. Germar “几率波”,电子衍射,1926年，奥地利 Schrdinger Schrdinger 方程（对于单电子体系）： 2/x2 + 2/y2 + 2/z2 + 82m/h2(E-V) = 0 其中，波函数，反映了电子的波性；m(质量)，E(动能)，V(势能)，等反映了电子的粒性。,2、波函数（）和 Schrdinger方程,球坐标：,x = r sin cos y =

7、y sin sin z = r cos (=0180, = 0360),几率密度（ | |2 ）：电子在原子空间上某点附近单位微体积内出现的几率。,| |2 的物理意义： (1926年，德国， Born) | |2 值大，表明单位体积内电子出现的几率大，即电荷密度大；| |2 值小，表明单位体积内电子出现的几率小，即电荷密度小。 电子在空间的几率分布，即| |2 在空间的分布称“电子云”。,波函数以及常数 n、 l、m,电子的运动状态可由Schrdinger方程解得的波函数来描述。为得到合理解，在解Schrdinger方程中，波函数中引入了常数项 n、 l、m、ms，其意义见后，取值范围为：

8、n = 1, 2, 3, l = 0, 1, 2, n-1 m = 0, 1, 2, l ms = 1/2 每种波函数对应于电子的一种运动状态。通常把一种波函数称为一个原子轨道。但这里的轨道，不是经典力学意义上的轨道，而是服从统计规律的量子力学意义上的轨道。,3、四个量子数,波函数：径向函数 角度函数 n, l, m (r, , ) = R n, l (r) Y l, m (, ) R n, l (r) :波函数的径向部分，由n, l决定 Y l, m (, ):波函数的角度部分，由l, m决定,三、波函数()和电子云(2)的空间图象,R n, l (r) r波函数( )径向分布 R2 n, l (r) r电子云 ( 2)径向密度分布 r2R2 n, l (r) r电子云 ( 2)径向分布 (电子在离核半径为r单位厚度的薄球壳内 出现的几率) Y l, m (, )波函数( )角度分布(+,-) Y2 l, m (, )电子云( 2)角度分布,1、 电子云径向分布图,r2R2 n, l (r),R2 n, l (r),电子云( 2) 径向密度分布函数：,电子云( 2) 径向分布函数：,电子云径向分布函数(r2R2 n, l( r),2、波函数角度分布图,是角度函数Y l, m (, )随, 变化