第五章物质结构基础PPT课件
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第5章 物质结构基础
5第 章
物质结构基础
1
目录
1.1 原子结构的近代概念 1.2 原子核外电子的排布和元素周期律 1.3 化学键和分子构型 1.4 共价分子的空间构型 1.5 分子间力和氢键 1.6 晶体结构
物质世界五光十色、千变万化
归根结底
由物质的组成、结构决定
研究物质世界，就是研究物质的组成、结构、性质
电子亲和能定较困难，目前尚难于用作定量衡量非金属性强弱的依据。
4．电负性 ( ) [Kai]
电负性综合考虑了电离能和电子亲合能，它以一组数值的相对大 小表示元素原子在分子中对成键电子的吸引能力，称为相对电负 性，简称电负性。
元素电负性数值越大，原子在形成化学键时对成键电子的吸引 力越强。
金属元素的电负性一般在2.0以下。 非金属元素的电负性 一般在2.0以上， 最活泼的非金属元素氟的电负性值为4.0。
1927年，Davisson(戴维逊）、Germer(盖末）通过电子衍射证实了 de Broglie（德布罗伊）的假设，即电子和光子一样具有波粒二象性。
X 射线衍射图
电子衍射图
1.2.4 元素性质变化的周期性
1．原子半径 共价半径 金属半径 范德华半径 2．电离能 （I） 3．电子亲和能(EA)
4．电负性( ) [Kai]
。 及其变化规律
万事皆有缘 宏观物质的性质、变化规律缘由于微观物质。
化学研究什么？
1.1.1、 经典原子模型
1．J. Dalton原子模型 ——原子是物质的不可再分的最小实心微粒。
19世纪末，X射线、电子射线被发现，结果表明原子是可以分割的， 不是最后质点。
阴极射线
2．J.J.Thomson的“浸入式”原子模 型 ——认为原子是由带正电的均匀连续体和在其中 运动的负电子构成。
价电子数
2 7 6 4
1.3 化学键和分子构型
化学上将原子（或离子）间相互结合的强烈作用力称为化学键。 由于元素的电负性不同,相互形成的化学键有多种类型,通常有离 子键、共价键、金属键等，也不能用一种理论解释。
物质波的概念
1924年de Broglie在光的启发下提出一切物质都具有粒子性和 波动性 ，即波粒二象性
把作为粒子特征的动量P和表现波特性的波长联系起来。
E
P=
=
V
E为粒子的能量； P为粒子的动量； h为普朗克常数；
h
h
h
V
=
或 Baidu Nhomakorabea p
为粒子物质波的波长； 为粒子物质波的频率； v为粒子物质波的运动速度。
例 重 25g的子弹，飞行速度为 9.0×102m.s－1 其 = 2.94×10－35m
重 9.1×10－28 g电子，运动速度为 3×106m·s－1， 其 = 2.4×10－10m
可见，对于宏观物质，其波动性微乎甚微，可以忽略，但对于微观 微粒，其波动性相对较大，成为重要性能。
因此，对于电子、质子、中子、原子、分子等微观粒子，就必须考虑 其波动性，就是说，微观粒子都具有波粒二象性。
电负性值是一个相对值，没有单位。 电负性呈周期性变化， 同一周期，从左至右依次增大， 同一族中，从上到下，依次减小。 过渡元素的电负性值无明显规律。
电负性除判断元素的金属性和非金属性的强弱外，对于判断化学 键的极性，对理解化学键的反应和性质都有重要的作用。
5.氧化数 元素的氧化数与原子的电子构型，特别是价电子层结构密切相关。
5. 氧化数
1．原子半径
同一周期中： 主族元素随着核电荷数的增加（自左至右），原子半径依次缩小（邻 近元素相差约10pm）。自上而下 原子半径依次增大。
副族元素随着核电荷数的增加，原子半径略有减小（镧系半径减小极 其缓慢，不足1pm——镧系收缩）
2．电离能 (I)
使一个气态的基态原子失去一个电子变成一个气态的一价正离子所 需要的能量，为该原子的第一电离能（I1）， 在相同条件下，从气态的一价正离子再失去一个电子变成一个气态的 二价正离子所需要的能量，为该原子的第二电离能（I2），余此类推。
3．E.Ruthorford的“含核”原子模型
——认为原子中心有一个小而重的带正电荷的原子核， 核外有电子绕核的外围作空间运动。
4．Bohr原子模型
——指出微观粒子运动具有量子化的特征，提出了关于原子轨道能 级的概念。
1．波粒二相性
1.1.2、原子结构的近代概念
2．运动的统计性
1 波粒二象性
对于光的本性，曾经有微粒说、波动说的长期争论，后来确认光 既具有微粒性，又具有波动性，称为波粒二象性。
随着失去电子数的增加，其电离能依次增大。电离能的 大小，反映了原子失去电子变成正离子的难易。
I1 越小，原子越易失去电子，元素的金属性越强。
I1 越大，原子越难失去电子，元素的金属性越弱。
电离能的大小主要取决于:
原子的核电荷 原子半径 原子的电子层结构
思考题
同一周期的元素，
从左到右，I1总的趋势是增大； 从左到右，有效核电荷增加，原子失去电子越来越困难； 同一族的元素，
NO
F
Ne
684 812 808 949
从左到右，总的趋势是逐渐增大，但 Li+（2s°），B+（2s2），O+（2P3）格外大，为什么？
3．电子亲和能（EA)
气态的基态原子获得一个电子形成一个气态的负离子所放出的能量， 为该原子的电子亲和能E1（取正值）；依次还有E2……。 电子亲合能的大小反映了原子获得电子的难易。 E1越大，原子越易获得电子，元素的非金属性越强。 亲合能数值越大，则气态原子结合一个电子释放的能量越多，与电子 的结合越稳定，表明该元素的原子越易获得电子，故非金属性越强。 反之亦然
从上到下，I1随原子半径的增大而减小。
从上到下，原子半径增大，核电荷虽然也增加，但由于内层电子数 增加，屏蔽效应显著增加，核对外层电子的吸引作用被屏蔽作用所 削弱，故外层电子易失去。 另外应注意： 当电子数处于半充满或全充满时，其I1较大，如N的I1比C和O都大。
思考题
Li Be B C I2 1475 421 581 564
多数元素的最高氧化数等于其原子的价层电子总数。
价电子层是指元素原子在形成化学键时，电子构型可能发生改变的 那些电子亚层。
对于主族元素，价电子层就是最外电子层； 对于副族元素，往往还有次外层的d亚层。
价电子是指元素的原子中能用来参与反应形成化学键的电子。
例如 镁
氯 铬 锆
价电子层构型
3s2 3s23p5 3d 54s1 4d 25s2
5第 章
物质结构基础
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目录
1.1 原子结构的近代概念 1.2 原子核外电子的排布和元素周期律 1.3 化学键和分子构型 1.4 共价分子的空间构型 1.5 分子间力和氢键 1.6 晶体结构
物质世界五光十色、千变万化
归根结底
由物质的组成、结构决定
研究物质世界，就是研究物质的组成、结构、性质
电子亲和能定较困难，目前尚难于用作定量衡量非金属性强弱的依据。
4．电负性 ( ) [Kai]
电负性综合考虑了电离能和电子亲合能，它以一组数值的相对大 小表示元素原子在分子中对成键电子的吸引能力，称为相对电负 性，简称电负性。
元素电负性数值越大，原子在形成化学键时对成键电子的吸引 力越强。
金属元素的电负性一般在2.0以下。 非金属元素的电负性 一般在2.0以上， 最活泼的非金属元素氟的电负性值为4.0。
1927年，Davisson(戴维逊）、Germer(盖末）通过电子衍射证实了 de Broglie（德布罗伊）的假设，即电子和光子一样具有波粒二象性。
X 射线衍射图
电子衍射图
1.2.4 元素性质变化的周期性
1．原子半径 共价半径 金属半径 范德华半径 2．电离能 （I） 3．电子亲和能(EA)
4．电负性( ) [Kai]
。 及其变化规律
万事皆有缘 宏观物质的性质、变化规律缘由于微观物质。
化学研究什么？
1.1.1、 经典原子模型
1．J. Dalton原子模型 ——原子是物质的不可再分的最小实心微粒。
19世纪末，X射线、电子射线被发现，结果表明原子是可以分割的， 不是最后质点。
阴极射线
2．J.J.Thomson的“浸入式”原子模 型 ——认为原子是由带正电的均匀连续体和在其中 运动的负电子构成。
价电子数
2 7 6 4
1.3 化学键和分子构型
化学上将原子（或离子）间相互结合的强烈作用力称为化学键。 由于元素的电负性不同,相互形成的化学键有多种类型,通常有离 子键、共价键、金属键等，也不能用一种理论解释。
物质波的概念
1924年de Broglie在光的启发下提出一切物质都具有粒子性和 波动性 ，即波粒二象性
把作为粒子特征的动量P和表现波特性的波长联系起来。
E
P=
=
V
E为粒子的能量； P为粒子的动量； h为普朗克常数；
h
h
h
V
=
或 Baidu Nhomakorabea p
为粒子物质波的波长； 为粒子物质波的频率； v为粒子物质波的运动速度。
例 重 25g的子弹，飞行速度为 9.0×102m.s－1 其 = 2.94×10－35m
重 9.1×10－28 g电子，运动速度为 3×106m·s－1， 其 = 2.4×10－10m
可见，对于宏观物质，其波动性微乎甚微，可以忽略，但对于微观 微粒，其波动性相对较大，成为重要性能。
因此，对于电子、质子、中子、原子、分子等微观粒子，就必须考虑 其波动性，就是说，微观粒子都具有波粒二象性。
电负性值是一个相对值，没有单位。 电负性呈周期性变化， 同一周期，从左至右依次增大， 同一族中，从上到下，依次减小。 过渡元素的电负性值无明显规律。
电负性除判断元素的金属性和非金属性的强弱外，对于判断化学 键的极性，对理解化学键的反应和性质都有重要的作用。
5.氧化数 元素的氧化数与原子的电子构型，特别是价电子层结构密切相关。
5. 氧化数
1．原子半径
同一周期中： 主族元素随着核电荷数的增加（自左至右），原子半径依次缩小（邻 近元素相差约10pm）。自上而下 原子半径依次增大。
副族元素随着核电荷数的增加，原子半径略有减小（镧系半径减小极 其缓慢，不足1pm——镧系收缩）
2．电离能 (I)
使一个气态的基态原子失去一个电子变成一个气态的一价正离子所 需要的能量，为该原子的第一电离能（I1）， 在相同条件下，从气态的一价正离子再失去一个电子变成一个气态的 二价正离子所需要的能量，为该原子的第二电离能（I2），余此类推。
3．E.Ruthorford的“含核”原子模型
——认为原子中心有一个小而重的带正电荷的原子核， 核外有电子绕核的外围作空间运动。
4．Bohr原子模型
——指出微观粒子运动具有量子化的特征，提出了关于原子轨道能 级的概念。
1．波粒二相性
1.1.2、原子结构的近代概念
2．运动的统计性
1 波粒二象性
对于光的本性，曾经有微粒说、波动说的长期争论，后来确认光 既具有微粒性，又具有波动性，称为波粒二象性。
随着失去电子数的增加，其电离能依次增大。电离能的 大小，反映了原子失去电子变成正离子的难易。
I1 越小，原子越易失去电子，元素的金属性越强。
I1 越大，原子越难失去电子，元素的金属性越弱。
电离能的大小主要取决于:
原子的核电荷 原子半径 原子的电子层结构
思考题
同一周期的元素，
从左到右，I1总的趋势是增大； 从左到右，有效核电荷增加，原子失去电子越来越困难； 同一族的元素，
NO
F
Ne
684 812 808 949
从左到右，总的趋势是逐渐增大，但 Li+（2s°），B+（2s2），O+（2P3）格外大，为什么？
3．电子亲和能（EA)
气态的基态原子获得一个电子形成一个气态的负离子所放出的能量， 为该原子的电子亲和能E1（取正值）；依次还有E2……。 电子亲合能的大小反映了原子获得电子的难易。 E1越大，原子越易获得电子，元素的非金属性越强。 亲合能数值越大，则气态原子结合一个电子释放的能量越多，与电子 的结合越稳定，表明该元素的原子越易获得电子，故非金属性越强。 反之亦然
从上到下，I1随原子半径的增大而减小。
从上到下，原子半径增大，核电荷虽然也增加，但由于内层电子数 增加，屏蔽效应显著增加，核对外层电子的吸引作用被屏蔽作用所 削弱，故外层电子易失去。 另外应注意： 当电子数处于半充满或全充满时，其I1较大，如N的I1比C和O都大。
思考题
Li Be B C I2 1475 421 581 564
多数元素的最高氧化数等于其原子的价层电子总数。
价电子层是指元素原子在形成化学键时，电子构型可能发生改变的 那些电子亚层。
对于主族元素，价电子层就是最外电子层； 对于副族元素，往往还有次外层的d亚层。
价电子是指元素的原子中能用来参与反应形成化学键的电子。
例如 镁
氯 铬 锆
价电子层构型
3s2 3s23p5 3d 54s1 4d 25s2