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现代基础化学《第一章》PPT课件下载

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现代基础化学《第一章》PPT课件下载文字介绍:一、英国物理学家汤姆森一、英国物理学家汤姆森(J.J.Thomso(J.J.Thomson)n)1.11.1原子结构理论的发展概况原子结构理论的发展概况1884年担任著名的卡文迪许实验室主任1897年通过阴极射线实验发现了电子1906年获得诺贝尔物理奖。1904年提出原子的“枣糕模型”，认为“电子是均匀地分布在正电荷的海洋中”。汤姆森汤姆森二、英国物理学家卢瑟福二、英国物理学家卢瑟福(E.Rutherfo(E.Rutherford)rd)1.11.1原子结构理论的发展概况原子结构理论的发展概况1895年在剑桥大学攻读博士学位期间直接受到汤姆森的指导1908年获得诺贝尔化学奖1911年根据粒子散射实验粒子散射实验的的结果结果提出原子的“含核模型含核模型”，也称为“行星模型行星模型”1919年接替汤姆森担任卡文迪许实验室主任。卢瑟福卢瑟福1.11.1原子结构理论的发展概况原子结构理论的发展概况三、丹麦物理学家玻尔三、丹麦物理学家玻尔(NielsH.D.Bo(NielsH.D.Bohr)hr)1885年生于丹麦的哥本哈根1911年获得博士学位1913年结合普朗克量子论发表了长篇论文《论原子构造和分子构造》，创立了原子结构理论原子结构理论。1922年获得诺贝尔物理奖。卢瑟福是汤姆森六位获诺贝尔奖的学生之一，而他本人又指导包括玻尔在内的十一位诺贝尔奖获得者。1.1.31.1.3玻尔理论玻尔理论11、“玻尔理论”的要点、“玻尔理论”的要点（1）原子内电子按能级分层排布；（2）各能级间能量是不连续的，即量子化；（3）只有电子在不同能级间产生跃迁时才有能量的吸收或放出；22、应用“玻尔理论”解释氢光谱、应用“玻尔理论”解释氢光谱“玻尔理论”不能说明多电子原子光谱，也不能说明氢原子光谱的精细结构！H1.1.31.1.3玻尔理论玻尔理论氢原子光谱实验示意图氢原子光谱实验示意图四、奥地利物理学家薛定锷四、奥地利物理学家薛定锷(E.Schr(E.Schrödiödingernger))1.11.1原子结构理论的发展概况原子结构理论的发展概况1926年，薛定锷在考虑实物微粒的波粒二象性波粒二象性的基础上，通过光学与力学的对比，提出了描述微观粒子（包括原子内的电子）运动的基本方程，即著名的薛定锷方程：0)(822222222VEhmzyx采用薛定锷方程来描述原子内电子的运动状态，即原子结构的量子力学模型量子力学模型。一、电子运动的特性一、电子运动的特性1.21.2原子结构的量子力学模型原子结构的量子力学模型11、波粒二象性、波粒二象性1680年，牛顿牛顿提出光具有粒子性，认为光就是能做直线运动的微粒流。1690年，惠更斯惠更斯提出光具有波动性，能解释光的干涉、衍射等现象。大科学家牛顿大科学家牛顿11、波粒二象性、波粒二象性1905年，爱因斯坦爱因斯坦用光用光子理论成功地解释了光电子理论成功地解释了光电效应，效应，提出光既有粒子性，又有波动性，即光具有波波粒二象性粒二象性。1.2.11.2.1电子运动的特性电子运动的特性大科学家爱因斯坦大科学家爱因斯坦11、波粒二象性、波粒二象性1924年，法国物理学家德布罗依德布罗依受到光具有波粒二象性的启发，提出了电子等实物粒子也具有波粒二象性的假设。该假设在1927年被电子衍射实验电子衍射实验所证实。1.2.11.2.1电子运动的特性电子运动的特性法国物理学家德布罗依法国物理学家德布罗依22、测不准原理、测不准原理1927年，德国科学家海海森堡森堡提出测不准原理，即对具有波粒二象性的微粒，不可能同时准确测定它们在某瞬间的位置和速度（或动量）。1.2.11.2.1电子运动的特性电子运动的特性德国科学家海森堡德国科学家海森堡1.21.2原子结构的量子力学模型原子结构的量子力学模型二、电子的运动状态二、电子的运动状态11、薛定锷方程、薛定锷方程0)(822222222VEhmzyxΨ：波函数E：体系的总能量V：体系的势能m:微粒的质量h:普朗克常数,其值为6.63×10-34J·s薛定锷薛定锷22、波函数、波函数0)(822222222VEhmzyx1.2.21.2.2电子的运动状态电子的运动状态（1）坐标变换),,(zyx),,(r（2）变数分离),()()()()(),,(YrRrRr)(rR：径向波函数),(Y：角度波函数xxyyzz33、概率密度与电子云、概率密度与电子云1.2.21.2.2电子的运动状态电子的运动状态概率密度：电子在核外某处单位体积内出现的概率称为该处的概率密度。电子云：电子在核外各处出现的概率密度大小的形象化描绘。离核半径概率密度33、概率密度与电子云、概率密度与电子云1.2.21.2.2电子的运动状态电子的运动状态壳层概率=r处的概率密度×壳层体积rdr离核距离为r的球壳薄层示意图氢原子1s电子的壳层概率与离核半径的关系33、概率密度与电子云、概率密度与电子云1.2.21.2.2电子的运动状态电子的运动状态等密度面电子云界面图44、四个量子数、四个量子数1.2.21.2.2电子的运动状态电子的运动状态（1）主量子数（n）a.决定电子在核外出现概率最大区域离核的平均距离b.取值范围：正整数，n=1,2,3…c.代表层次：n值12345…n值代号KLMNO…d.决定电子能量的高低：n值越大，电子能量越高。44、四个量子数、四个量子数1.2.21.2.2电子的运动状态电子的运动状态（2）角量子数（l）a.描述原子轨道的不同形状，表示电子层中各个不同的电子亚层。b.取值范围：l可取0~n-1之间的整数ll值值0123…ll值符号值符号ssppddff…原子轨道原子轨道的形状的形状44、四个量子数、四个量子数1.2.21.2.2电子的运动状态电子的运动状态（2）角量子数（l）nl亚层数原子轨道101s20,12s,p30,1,23s,p,d40,1,2,34s,p,d,f44、四个量子数、四个量子数1.2.21.2.2电子的运动状态电子的运动状态（2）角量子数（l）c.对电子能量有影响：单电子原子（单电子原子（HH）：）：n相同，l不同：Ens=Enp=End=Enfn不同，l相同：E1sE4s1.3.11.3.1多电子原子能级图多电子原子能级图22、屏蔽效应和钻穿效应、屏蔽效应和钻穿效应Z*Z*：电子实际所受到的核电荷，称为：电子实际所受到的核电荷，称为有效核有效核电荷电荷。。ZZ*屏蔽效应示意图屏蔽效应示意图称为屏蔽常数，其大小可根据斯莱脱规则计算。斯莱脱规则斯莱脱规则将电子分成以下几个轨道组：将电子分成以下几个轨道组：(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)…...(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)…...(1)外组电子对内组电子无屏蔽作用，＝0(2)同组电子间会产生屏蔽作用，＝0.35,但1s轨道上二个电子间的屏蔽作用＝0.30。(3)(n-1)层各电子对n层电子的屏蔽作用＝0.85；(n-2)以内各层电子对n层电子的屏蔽作用＝1.00。(4)若被屏蔽的是nd或nf电子，则位于其前面轨道各电子对其屏蔽作用＝1.00。屏蔽效应屏蔽效应考虑钾原子的电子排布：考虑钾原子的电子排布：(1)1s1s222s2s222p2p663s3s223p3p663d3d11最外层电子所受到的有效最外层电子所受到的有效核电荷核电荷ZZ*=1.00*=1.00(2)1s1s222s2s222p2p663s3s223p3p664s4s11最外层电子所受到的有效最外层电子所受到的有效核电荷核电荷ZZ*=2.20*=2.20Z*Z*,,电子能量越低。所以电子能量越低。所以EE4s4s<>EE4s4s1.3.11.3.1多电子原子能级图多电子原子能级图鲍林近似能级图的不足之处：假设了不同元素的原子能级高低次序相同。实际上原子轨道的能量在很大程度上取决于原子序数。原子序数越大，原子轨道的能量一般逐渐下降。由于下降幅度不同，所以产生能级交错。具体可参考科顿能级图。因此：HH的3s轨道能量>NaNa的3s轨道能量对于19KK:E3d>E4s对于21ScSc:E4s>E3d19KK：1s22s22p63s23p64s121ScSc：1s22s22p63s23p63d14s2对于ScSc原子而言，当它参与成键失去电子时，先失去4s电子，再失去3d电子。1.3.11.3.1多电子原子能级图多电子原子能级图判断失电子次序的(n+0.4l)经验规则:例：例：2626FeFe：：1s1s222s2s222p2p663s3s223p3p663d3d664s4s22,,当当FeFe原子成键时，原子成键时，先失去哪个轨道上的电子？先失去哪个轨道上的电子？计算3d和4s的(n+0.4l)值：4sE4s=4+0.4×0＝4.03dE3d=3+0.4×2＝3.8E4s>E3d，所以先失去4s电子。1.3.21.3.2核外电子排布的规则核外电子排布的规则1、能量最低原理电子的填充是按照近似能级图中各能级的顺序电子的填充是按照近似能级图中各能级的顺序由低到高填充。由低到高填充。2、泡利不相容原理在同一原子中，不可在同一原子中，不可能有两个电子具有完全相同的能有两个电子具有完全相同的四个量子数。或者说在一个原四个量子数。或者说在一个原子轨道中最多只能容纳两个电子轨道中最多只能容纳两个电子，并且自旋方向相反。这就子，并且自旋方向相反。这就是是泡利不相容原理泡利不相容原理。提出该原。提出该原理时泡利年仅理时泡利年仅2525岁。岁。例：请写出例：请写出((3d3dzz22))22上两个电上两个电子的四个量子数。子的四个量子数。1.3.21.3.2核外电子排布的规则核外电子排布的规则3、Hund规则:在等价轨道中，电子尽可能分占不同的轨道，并且自旋方向相同。例：例：77NN：：1s1s222s2s222p2p33nn=2=2ll=1=1mm==--11mmss=+1/2=+1/2nn=2=2ll=1=1mm=0=0mmss=+1/2=+1/2nn=2=2ll=1=1mm=+1=+1mmss=+1/2=+1/2补充规则：补充规则：等价轨道处于全充满、半充满或全空状等价轨道处于全充满、半充满或全空状态时，体系能量更低，更稳定。态时，体系能量更低，更稳定。全充满全充满：：pp66或或dd1010或或ff1414半充满半充满：：pp33或或dd55或或ff77全空全空：：pp00或或dd00或或ff00例：例：2424CrCr：：1s22s22p63s23p63d54s11.3.31.3.3核外电子排布的表示方核外电子排布的表示方式式(1)电子排布式例：例：2424CrCr：：1s1s222s2s222p2p663s3s223p3p663d3d554s4s11(2)原子轨道表示式1s1s2s2s2p2p3s3s3p3p4s4s3d3d2424CrCr：：(3)原子实表示式例：例：2424CrCr：：[Ar][Ar]3d3d554s4s11(4)价电子构型表示式例：例：2424CrCr：：3d3d554s4s111.3.41.3.4电子排布和元素周期系电子排布和元素周期系填电子次序图填电子次序图1.3.41.3.4电子排布和元素周期系电子排布和元素周期系1.3.41.3.4电子排布和元素周期系电子排布和元素周期系归纳表1-4并和元素周期系进行比较，可得出如下规律：a)随核电荷增加原子外层电子重复同样的构型元素性质周期性变化电子层数=周期数（七个周期）b)每一新电子层一个新的周期对应c)各周期中元素的数目=相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数.能级组1234567周期1234567元素个数288181832未充满1.3.41.3.4电子排布和元素周期系电子排布和元素周期系d)族的分类依据原子的电子层结构，同族元素的电子层数不同,但原子的最外层电子结构相似。主族族数=最外层电子总数副族族数=最外层电子数+未充满的次外层d电子数（VIIIB有例外）e)依电子排布特征，周期表分成五个区域。区域最外层电子构型族s区ns1-2IA,IIAp区ns2np1-6IIIA~VIIIAd区(n-1)d1-9ns1-2IIIB~VIIIBds区(n-1)d10ns1-2IB,IIBf区(n-2)f1-14(n-1)d0-2ns2镧系,锕系1.3.41.3.4电子排布和元素周期系电子排布和元素周期系2525MnMn：：1s1s222s2s222p2p663s3s223p3p663d3d554s4s221111NaNa：：1s1s222s2s222p2p663s3s111212MgMg：：1s1s222s2s222p2p663s3s222929CuCu：：1s1s222s2s222p2p663s3s223p3p663d3d10104s4s111515PP：：1s1s222s2s222p2p663s3s223p3p331.41.4原子结构与元素性质的关系原子结构与元素性质的关系一、原子参数一、原子参数1.1.有效核电荷有效核电荷ZZ**2.2.原子半径原子半径rr3.3.电离能电离能II4.4.电子亲和能电子亲和能EEAA5.5.电负性电负性XX1.4.11.4.1原子参数原子参数原子序数原子序数有效核电有效核电荷荷变化规律：变化规律：同一短周期：Z增大，Z*增大显著。同一长周期：d区元素，Z增大，Z*增幅较小。同族：从上到下，Z*增幅小。1.4.11.4.1原子参数原子参数2.原子半径rr的几种定义：假设原子呈球形,在固体中原子间相互接触,以球面相切,则两相邻原子核间距的一半即为原子半径。i）共价半径：当非金属元素两原子以共价单键相结合时，其核间距的一半为共价半径。ii）金属半径：金属晶体可以看成由球状的金属原子堆积而成,两金属原子核间距的一半即为金属半径。iii）范德华半径：稀有气体以范德华力结合形成单原子分子晶体,两原子核间距的一半称为范德华半径。1.4.11.4.1原子参数原子参数原子序数原子序数变化规律：变化规律：同一短周期：Z增大，半径变小。同一长周期：d区元素，Z增大，半径变小的幅度小。同一族：从上到下，半径增大。镧系元素：镧系收缩，半径减小更加缓慢。原子半径原子半径1.4.11.4.1原子参数原子参数变化规律：变化规律：同一元素：I12.>2.00变化规律：变化规律：同一周期：从左到右，金属性减弱，非金属性增强。同一主族：从上到下，金属性增强，非金属性减弱。思考：如果某元素原子越难失去电子，是否就一定思考：如果某元素原子越难失去电子，是否就一定意味着该原子越容易得到电子？意味着该原子越容易得到电子？1.4.31.4.3氧化值氧化值元素的氧化值元素的氧化值表示化合物中各个原子所带的形式电荷表示化合物中各个原子所带的形式电荷数，该电荷数是假设把化合物中成键电子都指定归于电负数，该电荷数是假设把化合物中成键电子都指定归于电负性大的原子而求得。性大的原子而求得。确定氧化值的原则：确定氧化值的原则：i)在单质中元素的氧化值为0。ii)在化合物中，氧的氧化值一般为-2；氢一般为+1；氟为-1；碱金属为+1；碱土金属为+2。iii)在任何化合物分子中各元素氧化值的代数和为0；在多原子离子中各元素氧化值的代数和等于该离子所带电荷数。氧化值与化合价的区别：氧化值与化合价的区别：i)CH4和CHCl3ii)氧化值可以为分数。如Fe3O4

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