第一章原子结构与结合键.

第一章原子结构与结合键AtomicStructureandInteratomicBonding§1-1原子结构AtomicStructure一切物质都是由无数微粒按一定的方式聚集而成的。这些微粒可能是分子、原子或离子。原子（Atom）：化学变化中最小微粒分子（Molecule）：单独存在保存物质化学特性离子（Ion）：由原子转变而成。原子是由原子核（质子和中子）及核外的电子所构成。电子、质子、中子等通称为微观粒子。夸克质子中子原子核电子原子(离子)分子微观（宇观）宇宙单质化合物星体宏观纳米材料（介观）物质世界一.微观粒子的运动粒子具有波粒二象性。hphE能量：动量：单粒子一维运动的波函数：EtxphiAx2exp薛定谔（SchrodingerE.）方程：EVmhEH2228ˆ粒子说波动说二.氢原子结构1879年J.JThomson发现电子，揭示了原子内部秘密1911年E.Rutherford提出原子结构有核模型1913年N.Bohr将Bohr原子模型M.Plank和A.Einstein量子论原子结构的量子理论Rutherford原子有核模型Na原子模型Dalton原子学说(1803年)Thomson“西瓜式”模型(1904年)Rutherford核式模型(1911年)Bohr电子分层排布模型(1913年)量子力学模型(1926年)原子理论的发展单电子原子的薛定谔方程：ErZeh22228波函数：,lmnlmlmnlnlmYrRrRrR量子数n、l量子数l、m量子数m1、主量子数n取值：1、2、3、4、……是决定电子能量的主要参数，表征电子所处的壳层及电子运动轨道的大小主量子数1234名称KLMN壳层…………2、轨道角量子数取值：)(1210nl、、是决定电子能量的另一个参数,表征轨道的形状和轨道角动量的大小。S轨道P轨道xyz012spd轨道名称…………l3f)1(n轨道2)1(hllPl代表电子自旋的取向和自旋角动量在特殊方向的分量3、轨道磁量子数取值：表征轨道角动量在特殊方向（如磁场方向）上的可能分量或轨道在空间的可能取向。1l1,0,1lm如时，3个可能的取向4、自旋方向量子数取值：21,21sm2)121(21hPsml=0、±1、±2、……±ln主层l亚层m原子轨道1K01s01s2L012s2p00,±12s2pz、2px、2py3M0123s3p3d00,±10,±1,±23s3pz、3px、3py3dZ2、3dxz、3dyz、3dxy、3dx2-y24N01234s4p4d4f00,±10,±1,±20,±1,±2,±34s4pz、4px、4py4dZ2、4dxz、4dyz、4dxy、4dx2-y2……sY原子轨道和电子云的角度分布图：xpYxypYyzpYzyzdYxydYxzdYxz2zdY22x-ydYx2-y23S3p3p3p3d3d三.多电子原子结构核外电子的排布（electronconfiguration)规律•能量最低原理:电子在原子轨道中的排布，要尽可能使整个原子系统能量最低。•Pauli不相容原理:每个原子轨道中最多容纳两个自旋方式相反的电子。•Hund规则:在n和l相同的轨道上分布的电子,将尽可能分占m值不同的轨道,且自旋平行。全满：p6，d10，f14；半满：p3，d5，f7；全空：p0，d0，f0。半满全满规则：电子填满各能级次序结合键：原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小。结合键决定了物质的一系列物理、化学、力学等性质。从原则上讲，只要能从理论上正确地分析和计算结合键，就能预测物质的各项性质。结合键的大小从本质上讲都起源于原子核和电子间的静电交互作用力即库仑力。不同的键对应着不同的电子分布方式，但都满足一个共同的条件，即键合后各原子的外层电子结构要成为稳定的结构，也就是隋性气体原子的外层“八电子层”结构（即ns2np6结构）。四.结合键InteratomicBonding结合键Bonding物理键PhysicalBonding化学键ChemicalBonding离子键IonicBonding共价键CovalentBonding金属键MetallicBonding范德华键VanderWaalsBonding氢键HydrogenBonding主价键PrimaryBonding次价键SecondaryBonding类型作用力来源键合强弱形成晶体的特点离子键原子得、失电子后形成负、正离子，正负离子间的库仑引力强无方向性键、高配位数、高熔点、高强度、低膨胀系数、塑性较差、固态不导电、熔态离子导电共价键相邻原子价电子各处于相反的自旋状态，原子核间的库仑引力强有方向性键、低配位数、高熔点、高强度、高硬度、低膨胀系数、塑性较差、即使在熔态也不导电金属键自由电子气与正离子实之间的库仑引力较强无方向性键、结构密堆、配位数高、塑性较好、有光泽、良好的导热导电性分子键原子间瞬时电偶极矩的感应作用较弱无方向性键、结构密堆、高熔点、绝缘氢键氢原子核与极性分子间的库仑引力弱有方向性和饱和性价键四面体金属键分子键和共价键离子键、共价键多种结合键Thanks