同济大学普通化学

? 基本概念
第一节
石墨晶体的特殊性
石墨晶体是一种混合型
晶体，其C原子采用sp2杂化，每个C原子与周围的三个C原子以6键相结合，形成不断延伸的正六角形蜂巢状的平面结构层。这时每一个C原子还有一个与sp2杂化轨道相垂直的2p轨道，每一个2p轨道都有一个2p电子，这些相互平行的p电子云相互重叠形成了遍及整个平面的大键。这些电子可以在每一层平面内自由运动，产生类似金属键的性质。而平面结构层与层之间靠范德华力结合，因此石墨晶体是混合型晶体。在其层平面方向有很好的导热和导电性，而其层间容易滑动结合力较弱，兼有金属晶体和分子晶体的性质。
第二节
金属晶体结构
金属原子中只有少数的价电子能用于成键，价电子的数量不足以使金属晶体中原子间形成正常的离子键或者共价键。由于金属元素的电负性小，电离能也较小，外层价电子很容易脱离氢原子的束缚，形成"自由电子"或"离域电子"，在金属晶体中由于金属原子紧密的堆积在一起，它们的价电子并非固定在个别金属原子的附近，而是为整个晶体中的全部原子所共有，这些共用电子起到把许多原子或者离子粘合在一起的作用，形成了所谓的共价键。这种键可以看成是改性的共价键，即是由多个原子共用在整个金属晶体内流动的自由电子所形成的共价键。
第三节
共价键的理论
价键理论(VB法电子配对法):若两个原子各具有未成对的价层电子，当它们彼此靠近时，双方的独电子就可能彼此自旋配对，成为一对共用电子对，这对共用电子对被限定在两个原子间的一个局部小区域内运动，在两个原子间形成了一个较密的电子云区域，借此把两个原子紧密的联系在一起，形成了一个共价键。
分子轨道理论(MO法):分子形成以后，成键电子不在仅属于成键原子，仅局限于在成键原子间的小区域内运动，而是在整个分子所形成的势场内运动，其运动的状态和能量可用类似于原子轨道(的波函数来描述。将组成分子的各原子轨道通过线性组合得到各种能级高低不同的分子轨道，电子遵循一定的规则依次排布在规道上。
杂化规道理论:当原子形成分子时，部分能量相同的原子轨道会相互混合，重新组合，形成新的原子轨道，简称杂化规道。杂化前后，原子轨道的总数没有发生变化，但杂化规道在成键时更利于轨道的重叠，成键能力增强，因此原子轨道在杂化后所形成的共价键越牢固。
第四节
共价键的本质
成键原子的价层轨道发生了部分重叠，结果使核间电子云密度增大，导致体系能量降低。
第五节

共价键的饱和性和方向性
饱和性:一个原子中含有几个未成对的电子则最多只能和几个自旋方向相反的电子配对，形成几个共价键。
饱和性:在可能范围内原子轨道之间必须沿着电子云密度最大的方向进行重叠。这是因为成键原子轨道重叠越多，其电子云密度越大，形成的共价键越牢固。此为最大重叠原理。
对称性匹配原则:只有当对称性相同的原子轨道以位相相同的部分重叠时，两原子间的电子云密度才会增大，才能形成化学键。
第六节
等性和不等性杂化
等性杂化:在形成分子过程中，所有杂化轨道均参与成键，每一个杂化轨道都形成了一个共价键，整个分子中同一组杂化的每一个杂化轨道是完全等同的，具有完全的对称性，在空间的立体分布也完全对称。
不等性杂化:在形成分子过程中，杂化轨道中还包括了不参与成键的价层轨道，形成分子后，同一组杂化轨道分为参与成键的杂化轨道和不参与成键的杂化轨道，它们的特性是不等同的，因而在空间的分布也不同。
第七节
电子排布三大规则
泡利不相容原理:在同一个原子中，不能有两个电子处于完全相同的状态。
能量最低原理: 在基态时，电子在原子轨道中的排布在不违反泡利不相容原理的前提下，总是优先排入能量尽可能低的轨道，在低能量的轨道占满后，才依次进入能量较高的轨道。
洪特规则:在能量相同的轨道中排布的电子，总是尽可能分占不通的等价轨道而保持自旋方向相同，这种排布方式避免了同一轨道中两个电子的排斥，无需消耗电子配对能，使整个原子能量处于最低状态。
第八节
两大效应
屏蔽效应:在多电子原子中，可以把其余电子对指定电子的排斥作用近似的看成其余电子抵消了一部分核电荷对指定电荷的吸引作用。
对于同层电子间的屏蔽，当n相同时，l越大，其受到的屏蔽效应越大。当n不同时，原子轨道离核越远，相应的电子云径向分布图最大峰值离核越远，该轨道受到的屏蔽作用也就越大，因此相应的轨道能级也就越高。
钻穿效应:外层电子能够避开其它电子的屏蔽而钻穿到内层，在离核较近的地方出现，这种效应称为钻穿效应。当n相同，l不同，l值越小，电子云径向分布曲线的峰数越多，而且第一个峰出现的地方离核较近，钻穿效应导致电子在离核较近的区域内出现的概率增大，因而受到其他电子的屏蔽减少，受到核的吸引增强，将导致能级降低。
第九节
原子半径
同一周期中，随着原子序数的增加，其核电荷数增加，虽然总电子数增加，但是新增加的电子是排入最外层轨道或次外

层轨道，它们对外层电子有屏蔽作用，但并没有将增加的核电荷完全屏蔽掉，因而随着原子序数增加，核对最外层电子的有效吸引还是逐步增大的，故使原子半径在同一周期中自左至右呈现缩小的趋势
(过渡元素新增加的电子是排入次外层的)
镧系收缩:整个镧系元素原子半径随原子序数增加而缩小的现象，由于镧系元素随着原子序数增加其增加的电子是排在4f轨道上，其对最外层的6s核次外层5d电子屏蔽作用较强，使得核对次外层和外层电子的有效吸引很弱，因此镧系元素原子半径随着原子序数增加缩小的辐度很小。使得它们的物理，化学性质也都十分相似，难以分离。
第十节
正离子的电子构型
2电子构型:1s2
8电子构型:ns2np6
9~17电子构型:ns2np6nd1~9,d区离子。
18电子构型:ns2np6nd10,ds区和p区高氧化态离子。
18+2电子构型:(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10ns2,p区低氧化态离子。
第十一节
离子极化
离子的极化力与离子的电q荷数，离子半径，离子的外层电子结构有关，离子的电荷数越大，半径越小，极化力越强。但是当阳离子半径较大，其容易在阴离子的诱导下变形，则需同时考虑阴阳离子的相互极化作用，这种极化称为离子附加极化作用。而负离子半径大，则变形形大，被极化的程度也大。