结构化学--原子结构
结构化学-第三章异核双原子分子结构
异核双ห้องสมุดไป่ตู้子分子结构
尹德才
不同的原子有不同的电子结构，不同原子间的 相同轨道的能级差可以很大，但是一般外层占 电子的轨道能级高低却是相近的。通常，异核 双原子分子的轨道可以认为是两原子占电子的 外层轨道组合而成。
由于是不同的原子轨道组合成的分子轨道，因 此，异核双原子分子组态的表达式不能用同核 双原子分子轨道的下标“σns” “σnpz”…等表示， 也不能用“g” 等下标表示，因为异核双原子 分子是中心非对称的。异核双原子分子的外层 分子轨道可以用1σ、2σ、1π等表示， σ前的 数字表示σ型轨道的能量高低次序，π前数字 表示π型轨道的能量高低次序。
C
O
两边的黑点表示孤对电子，即能量相消而不起 成键作用的电子对。
NO分子比CO分子多一个电子，其基态电子 组态为：
NO： 1σ2 2σ2 1π4 3σ2 2π1
其中有一个σ键，一个π键和一个叁电子π键。
HF分子中两原子的原子序数差异很大，不 能用等电子原理。氢原子1s轨道能量和氟 原子2p轨道能量最相近，H原子的1s轨道 和F原子的2pz轨道对称性匹配，组成σ型轨 道。
等电子原理
当两个原子序数相差不大的异核双原子 组成的分子，它的总电子数与某同核双 原子分子一样的时候，它们就有类似的
电子组态，这就是等电子原理
根据等电子原理，对于CO分子其电子总数与N2 分子相同，所以具有类似的组态：
CO： 1σ2 2σ2 1π4 3σ2
但是，O原子提供的电子数比C原子多两个，所 以可以认为有一个键的两个电子是由O原子提供 的，即为一个配键，可以表示为
HF的分子轨道能级示意图
H
FH
σ*
1S
π2p
σ σ2s
原子结构化学键
按要求完成以下各题：
2 3 核素 ，它们互称为_______ 同位素 。 (1)1 H 、 H 、 1 1 1H 分别是氢元素的一种_______
16 16 O 和 8 2 8O3 。 (2)互为同素异形体的微粒是__________
2＋ 24 30 ，核外电子数为___________ (3)56 Fe 的中子数为______ 。 26
钾离子 、______________________ 钙离子(答案合理即可) 。 ________ 解析 当y＝8时，应为有18个电子的粒子，所以可能为氩原子、氯离子、
解析 答案
硫离子、钾离子、钙离子等。
(3)写出y＝3与y＝7的元素最高价氧化物对应的水化物之间发生反应的离 Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O 子方程式：_______________________________ 。 解析 y＝3时为铝原子，y＝7时为氯原子，其最高价氧化物对应的水化物
1 1H：名称为 2 1H：用字母 3 1H：用字母
氕 ，不含中子； D 表示，名称为 氘 或重氢；
T 表示，名称为 氚 或超重氢。
(4)几种重要核素的用途
核素 用途
235 92U 14 6C 2 1H 3 1H 18 8O
核燃料 用于考古断代
制氢弹
示踪原子
正误判断·辨析易错易混 (1)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有
5 种元素。 7 种核素，含有_____ (4)上述9种微粒中有_____
答案
反思归纳 原子结构与同位素的认识误区
(1)原子不一定都有中子，如1 1H。 (2)质子数相同的微粒不一定属于同一种元素，如 F 与 OH－。 (3)核外电子数相同的微粒， 其质子数不一定相同， 如 Al3＋和 Na＋、 F－等，
结构化学第1章 量子力学基础和原子结构-1-01
19世纪末，物理学理论（经典物理学）已相当完善： ◆Newton力学 ◆Maxwell电磁场理论 ◆Gibbs热力学 ◆Boltzmann统计物理学
上述理论可解释当时常见物理现象，但也发现了解释不了的新现象。
一、三个著名实验导致“量子论”概念的引入和应 用1. 黑体辐射与普朗克的量子论
2、当h＝w 阈频率0
时，＝0，这时的频率就是产生光电效应的临
3、＝当hh－wh时0，，动能0与，频逸率出呈金直属线的关电系子，具与有光一强定无动关能。，Ek
conservation of momentum are obey.
产生光电效应时的能量守恒：
w h mv h＝ ＋E ＝ + /2 2
• （脱出功：电子逸出k 金属所需的0最低能量，w＝h0） • 用Einstein光子说，可圆满解释光电效应：
1、不当发h生光w 电时效，应 ；0，光子没有足够能量使电子逸出金属，
1905年，Einstein在Planck能量量子化的启发下，提出 光子说：
★光的能量是不连续的，每一种频率的光其能量都有一个 最小单位，称为光子，光子的能量与其频率成正比： h
★光是一束以光速行进的光子流，光的强度取决于单位体 积内光子的数目（光子密度）。
★光子不但有能量，还有质量（m），但光子的静止质量 为零。根据相对论的质能联系定律＝mc2，光子的质量 为：m＝h/c2，不同频率的光子具有不同的质量。
★光子有质量，必有动量：p＝mc＝h/c＝h/ (c＝） ★光子与电子碰撞时服从能量守恒与动量守恒定律。
In 1905, Einstein proposed the corpuscular theory of light which explained this photoelectric effect. The theory states:
高三化学原子结构化学键及分子结构晶体结构
证对市爱幕阳光实验学校高三化学原子结构、化学键及分子结构、晶体结构【本讲信息】 一. 教学内容：物质结构⎪⎩⎪⎨⎧晶体结构化学键及分子结构原子结构二. 教学要求：1. 掌握原子构成的初步知识。
2. 掌握原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及质量数与中子数、质子数之间的相互关系。
3. 掌握核外电子排布规律。
4. 掌握离子键、共价键、金属键的涵义。
5. 理解键的极性与分子极性的关系。
6. 了解分子间作用力、氢键的概念。
7. 掌握几种晶体类型的结构特点和性质。
三. 教学：1. 原子核外电子的排布规律。
2. 离子键、共价键的概念，能用电子式表示离子化合物和共价化合物及其形成过程。
3. 三种晶体的结构和性质。
四. 知识分析：1. “六种量〞及其涵义〔1〕质子数：即原子核内质子个数，也称为原子序数，它是决元素品种的重要因素。
〔2〕中子数：即原子核内中子个数。
当质子数相同，而中子数不同时，便提出了同位素的概念。
〔3〕核外电子数：原子中，质子数于电子数，因此整个原子不显电性；当质子数＞电子数时，该微粒是阳离子，当质子数＜电子数时，该微粒为阴离子。
〔4〕质量数：将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似值之和为质量数，用“A 〞表示。
由于电子质量忽略不计，质量数可以近似地表示相对原子质量的大小。
〔5〕同位素的相对原子质量：其意义是某同位素的一个原子质量与C 12原子质量121的相比照值。
初中化学所学的相对原子质量实质上是同位素的相对原子质量。
例如：O 168的一个原子质量为kg 2610657.2-⨯，一个C 126的质量为kg 2610993.1-⨯ O 168的相对原子质量〔6〕元素的相对原子质量：其意义是各种天然同位素的相对原子质量与它的原子所占的原子个数百分比的乘积之总和。
氧元素的相对原子质量[])(O Ar759.999949.15⨯=％+037.09991.16⨯％+204.09992.17⨯％注：我们在题中常用质量数代替同位素的相对原子质量，以此求得的结果称为元素的近似相对原子质量，如： 氧元素的近似相对原子质量759.9916⨯=％037.017⨯+％204.018⨯+％2. 晶体类型与化学键、分子极性之间的关系：由上可知：① 离子晶体〔或离子化合物〕一含离子键。
普通化学：第二章-原子结构、分子结构与化学键4
作业：P71：2，3，4，5，6；P83：2；3；P81：9； 更正：P71: 3. 给出电子在l = 4的5g 轨道的所有可能的量子数。
说明为什么不存在3f 轨道或4g 轨道。
为什么说只有原子序数从122 (121)开始的元素，5g 轨道才被电子所占有。
五、 多电子原子的核外电子排布i) 处理多电子原子的结构，必须采用近似方法 中心场近似只考察其中一个电子的运动，而把原子核对它的库仑吸引以及其他N -1个电子对它的库仑排斥笼统地看成是一个处在原子中心的正电荷Z* 对它的库仑吸引：V = -*2Z e 4r πε通过这个势函数，多电子原子就可以简单地当作单电子原子来处理。
这样，上一节处理单电子原子的全部结果，只要略作修正，都适用于多电子原子。
在多电子原子中，电子的运动状态也是由n , l , m l 和m s 四个量子数决定的，电子在由这四个量子数所决定的各运动状态上的空间分布特征完全和在单电子原子中一样。
在电荷为Z*的中心场作用下运动的电子的能量为：E = -Z m e h e *2422028n ε＝-Z Eh *222nZ*称为作用在电子上的有效核电荷：Z* = Z -σσ称为屏蔽常数，其意义是：一个核电荷为Z (>1) 的多电子原子，作用在电子上的电荷不再是核电荷Z，而是扣除了其它电子的屏蔽作用以后的有效核电荷Z*。
要了解多电子原子的电子结构，关键在于确定其它电子对被考察的电子的屏蔽常数。
电子的“屏蔽作用”是广义的，它包括了内层电子的真实的屏蔽作用，也包括了同层电子及外层电子的排斥作用。
这是氢原子的1s, 2s, 3s轨道的边界图，每个球包含约90％的电子密度。
简单地讲，轨道尺寸正比于n2。
内层电子对外层电子的屏蔽效应大，外层电子对内层电子的屏蔽效应小。
ii) 斯莱特规则在量子力学中，这个屏蔽作用是通过光谱实验数据得到的。
1930年，美国的斯莱特(J. C. Slater) 提出了一套估算屏蔽常数的半经验规则，按量子数n和l的递增，把多电子原子的原子轨道按如下的顺序分组：(1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f) (5s, 5p)……可以按下面的简单规则估算一个电子对另一个电子的屏蔽系数：1. 处在右面的各轨道组内的电子对左面轨道组内的电子没有屏蔽作用，屏蔽系数为0；2. 在同一轨道组内的电子，除(1s)组的二个电子间的屏蔽系数为0.30外，其它各轨道组内电子间的屏蔽系数都是0.35；3. 主量子数为n-1的各轨道组内的电子对(ns, np)组各电子的屏蔽系数为0.85；4. 主量子数等于和小于n-2的各轨道组内的电子对(ns, np)组各电子的屏蔽系数均为1.00；5. 处在(nd)或(nf)组左面的各轨道组内的电子对(nd)或(nf)组内电子的屏蔽系数均为1.00。
《结构化学》课件
contents
目录
• 结构化学简介 • 原子结构与性质 • 分子的电子结构与性质 • 晶体结构与性质 • 结构化学实验结构化学的定义
总结词
结构化学是一门研究物质结构与 性质之间关系的科学。
详细描述
结构化学主要研究原子的排列方 式、电子分布和分子间的相互作 用，以揭示物质的基本性质和行 为。
晶体的电导率、热导率等性质取决于其内 部结构，不同晶体在这些方面表现出不同 的特性。
晶体的力学性质
晶体材料的应用
晶体的硬度、韧性等力学性质与其内部原 子排列密切相关，这些性质决定了晶体在 不同工程领域的应用价值。
晶体材料广泛应用于电子、光学、激光、 半导体等领域，如单晶硅、宝石等。了解 晶体的性质是实现这些应用的关键。
分子的选择性
分子的选择性是指分子在化学反应中对反应物的选择性和对产物的选择性。选择性强的分 子可以在特定条件下优先与某些反应物发生反应，产生特定的产物。
04
晶体结构与性质
晶体结构的基础知识
晶体定义与分类
晶体是由原子、分子或离子在空 间按一定规律重复排列形成的固 体物质。根据晶体内部原子、分 子或离子的排列方式，晶体可分 为七大晶系和14种空间点阵。
电子显微镜技术
• 总结词：分辨率和应用 • 电子显微镜技术是一种利用电子显微镜来观察样品的技术。相比光学显微镜，
电子显微镜具有更高的分辨率和更大的放大倍数，因此可以观察更细微的结构 和组分。 • 电子显微镜技术的分辨率一般在0.1~0.2nm左右，远高于光学显微镜的分辨 率（约200nm）。因此，电子显微镜可以观察到更小的晶体结构、病毒、蛋 白质等细微结构。 • 电子显微镜技术的应用范围很广，例如在生物学领域中，可以用于观察细胞、 病毒、蛋白质等生物样品的结构和形态；在环境科学领域中，可以用于观察污 染物的分布和形态；在材料科学领域中，可以用于观察金属、陶瓷、高分子等 材料的表面和断口形貌等。
原子结构 化学键
核素的近似相对原子质量＝质量数
（２）元素的相对原子质量等于各同位素 的相对原子质量的平均值：
元素的相对原子质量＝A· a%＋B· b%＋C· c%＋…
如Cl的相对原子质量：
Ar（Cl）＝ 34.969×75.77%＋36.966×24.23% ＝35.453
元素的近似相对原子质量等于各同位素 的质量数的平均值。
Ar（Cl）＝ 35×75.77%＋37×24.23%＝ 35.485
•
元素的近似相对原子质量＝A· a%＋B· b%＋C· c%＋
考题中还可能出现的内容: 核外电子数相同的粒子归纳: (1)核外电子总数为10个的粒子: (2)核外电子总数为18个的粒子: (3)核外电子总数及质子总数均相同的 阳离子: (4)核外电子总数及质子总数均相同的 阴离子:
用电子式表示下列共价分子的形成过程 · · · · ·：·： ·· I I 碘 ：I ·＋ · ： → ： I · · · · · · · · · · 2 H ·＋ · ·→ H ﹕O﹕ H O 水 · · · · S 硫化氢 2 H ·＋ · · → H ﹕S ﹕H · · H · ﹕ ＋ N → H ﹕N 3H· · 氨 · H · · · ﹕ C ＋ O → ﹕ 二氧化碳 · · 2 · · O﹕ C ﹕ O · · ·
一、原子结构 质量用相对质量来表示 1、原子的组成 带负电荷 核外电子 9.1176×10-31千克 相对质量 1/1836 原子 带正电荷 A 质子 1.6726×10-27千克 Z个 相对质量 1.007 Z 原子核 取整数相加 不带电荷 原子质量数A 中子 1.6748×10-27千克 N个 相对质量 1.008 数值上Z+N=A
X
质子数（核电荷数）＝核外电子数 原子序数 等于 原子不显电性
结构化学习题解答(第二章)
1(1 1) e 2 e
（c）设轨道角动量M和Z轴的夹角为θ，则：
h 0 Mz 2 0 cos h M 2 2
θ=900
（d） 电子离核的平均距离的表达式为：
r r d
* 2 pz 2 pz
2
2 2 pz
2
Li2+离子1s态的波函数为：
（a）
27 a e
1s 3 0
2 6 r a0 3 3 0 0
1 2
3 r a0
27 D 4r 4r e a
2 2 1s 1s 2 1s 3
108 re a
2
6 r a0
d 108 6 D 2r r e 0 dr a a 6 2 2r r 0 r a0 a0 r 又 r 0 3 a0 1s电子径向分布最大值在距核 处；
1 D1s / a0
r / a0
/ a
2 3 1s 0 1
1.60 2.00 2.30 2.50 3.00
3.50
4.00 4.50 5.00 — —
0.04 0.02 0.01 0.007 0.003 0.001< 0.001
1 D1s / a0
0.42 0.29 0.21 0.17
r r sin drdd
2
0
0
0
(e)
令
2 pz
0 r 0 , r , 90 , 得： 0
节面或节点通常不包括 r 0和r , 故 2 pz 的节 面只有一个，即x,y平面（当然，坐标原点也包含在xy 平面内）。亦可直接令函数的角度部分.
原子结构 化学键
3．等量关系 (1)质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)。 (2)质子数(Z)＝核外电子数＝核电荷数＝原子序数。 (3)阳离子所带电荷数＝阳离子核内质子数－阳离子核 外电子数。 (4)阴离子所带电荷数＝阴离子核外电子数－阴离子核 内质子数。
9
[方法点拨] 核电荷数为 1—18 的元素的特征性质： (1)气态密度最小，原子核中只有质子没有中子，原子序 数、电子层数、最外层电子数三者均相等的是 H。 (2)单质硬度最大，熔沸点最高，形成化合物种类最多， 正负化合价代数和为零且气态氢化物中含氢百分率最高的 元素是 C。 (3)原子半径最大的是 Na，最小的是 H。 (4)单质与水反应生成氧气，气态氢化物最稳定，只有负 价而无正价的是 F。
14
[方法点拨](1)电子能量有高低：一般而言，离核越近的 电子能量越低，离核越远的电子能量越高。 (2)电子容纳有规则：第 n 电子层最多能容纳的电子数为 2n2，但需要注意各个电子层具体的位置，如同一电子层、如 作为最外层、 次外层等时， 具体的电子排布数也不一定相同。 (3)结构表示有方法：表示原子的方法可以是原子结构示意 图、电子式等，原子结构示意图强调的是所有电子，而电子 式强调的则是最外层电子。
32
电子式的写法： ①阴离子和复杂阳离子(如 Cl 、OH 、NH4 、CH3 )要加 “[ ]”括起来，并在右上角注明该离子所带的电荷数，而原
－ － ＋ ＋
33
②要注意化学键中相同原子的书写，由 8e 原则推导书 写时是否合并，如：MgCl2、Na2O2、CO2、H2O2。
－
34
③要注意书写单质、化合物的电子式与单质、化合物形 成过程中电子式的差别。如 CO2 的电子式为·· · ·· · O · · ，形 C O · · ·· · · · ·
结构化学第二章
i h R im 1 eim h mR m h
2
2
2
2
但MZ并不是实波函数 nl|m| (r, , )与Yl|m| 的本征函数
本征值
Mz
m
h
2
,
m 0,1,2,,
同样，也存在磁矩在Z方向的分量 z
z H me ,
3、 m 磁量子数
角动量在Z方向分量的算符
Mˆ z
i
h
2
(x y
y
x
)
（直角坐标形式）
Mˆ z
i h i h
2
R
i h
2
R
( ( m ) 1 eim ) i h R ( 1 eim )
2
2 2
这种由于l不同，导致的轨道电子云的径向分布函数不同， 电子云第一峰离核远近不同，因而能量不同的现象叫电子云 的钻穿效应
径向节面：Rnl = 0
2、 角度分布 图
讨论分子的静态结构及在化学反应中发生的化 学键变化时，我们最关心的还是轨道和电子云 的角度分布Yl,m(θ,φ) ，它是波函数的角度部 分，可以借助通过原点的一个或几个平面上Y函 数的极坐标剖面图来表示电子的角度分布图。
2
r 2 r r r 2 sin
r 2 sin2 2
方程为
1 r2
(r2 r
r
)
r2
1
sin
(sin
)
1
r 2 sin2
2 2
8m 2
h2
(E
Ze2 r