【教学课件】第一章原子结构与键合.ppt
第一章第一章 原子结构与键合原子结构与键合宋强宋强 副教授副教授重点与难点重点与难点1、描述原子中电子的空间位置和能量的、描述原子中电子的空间位置和能量的4个量子数。个量子数。2、核外电子排布遵循的原则。、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、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。间的关系。4、原子间结合键分类及其特点。、原子间结合键分类及其特点。1.1 原子结构原子结构一、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）三、原子的电子结构（重点掌握）电子云: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li01234能级spdfg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（重点掌握）三、原子的电子结构（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+14）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“”li01234能级spdfg轨道数13579三、原子的电子结构（重点掌握）三、原子的电子结构（重点掌握）钠元素钠元素11个电子中每个电子的全部量子数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spdfg2）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）三、原子的电子结构（重点掌握）需注意的问题需注意的问题 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 1s22s22p63s23p63d104s24p21s22s22p63s23p63d104s24p64d104f65s25p66s2写出原子数为24、29的原子的电子排布 7s 7p 7d 6s 6p 6d 6f 5s 5p 5d 5f 4s 4p 4d 4f 3s 3p 3d 2s 2p 1s四、元素周期表四、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，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、元素周期表四、元素周期表1.2 原子间的键合原子间的键合结合键 物理键（Physical bonding）化学键（Chemical bonding）氢 键（Hydrogen bonding）金属键（Metallic bonding）离子键（Ionic bonding）共价键（Covalent bonding）主价键Primary atomic bonding 次价键 Secondary atomic bonding一、一、金属键金属键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、金属键一、金属键二、离子键二、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。金属原子失电子带正电的正离子非金属原子得电子带负电的负离子静电引力结合离 子 键三、共价键三、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（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、共价键三、共价键四、范德华力四、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）键能介于化学键和范德瓦耳斯力之间。小结小结重要概念重要概念分子、原子；主量子数n、轨道角量子数li、磁量子数mi、自旋角动量量子数si；能量最低原理、Pauli不相容原理、Hund规则；元素、元素周期表、周期、族；结合键、金属键、离子键、共价键、范德华力、氢键；
