原子结构和分子结构概要课件.ppt

1、第一节第一节 原子结构原子结构第二节第二节 分子结构分子结构第三节第三节 氢键氢键1第一节第一节 原子结构原子结构 1900年，年，普朗克普朗克（Planck）提出了能量）提出了能量量子化量子化的概念。他认为黑体辐射频率为的概念。他认为黑体辐射频率为 的能量是不连续的能量是不连续的，只能是的，只能是h 的整数倍。的整数倍。h称为普朗克常数，称为普朗克常数，6.62610-34 J s。21913 年，丹麦物理学家年，丹麦物理学家玻尔玻尔（Bohr）在牛顿力学）在牛顿力学的基础上，吸收了量子论和光子学说的思想，建立了的基础上，吸收了量子论和光子学说的思想，建立了玻玻尔原子模型尔原子模型。(定态同

2、心圆模型定态同心圆模型)3玻尔的氢原子模型玻尔的氢原子模型 1.定态假设：核外电子运动定态假设：核外电子运动有一定的轨道，在此轨道上运有一定的轨道，在此轨道上运动的电子既不放出能量也不吸动的电子既不放出能量也不吸收能量。称为定态。收能量。称为定态。能量最低的定态称为基态能量最低的定态称为基态能量高于基态的定态称为能量高于基态的定态称为激发态激发态4n1,2,3,4,5 ，称为称为量子数量子数 2 电子在不同轨道上运动具有不同的能量（能级）电子在不同轨道上运动具有不同的能量（能级）电子离核愈近，能级愈低电子离核愈近，能级愈低 ，电子可跃迁到较高能级，电子可跃迁到较高能级上上 E=-(Z2/n2)

3、2.18 10-18J 5能量的量子化、不连续性能量的量子化、不连续性63.薛定谔方程薛定谔方程 电子波动方程电子波动方程 1926年，薛定谔利用德布罗意的物质波的观点，提年，薛定谔利用德布罗意的物质波的观点，提出了描述微观粒子运动规律的方程，后称为出了描述微观粒子运动规律的方程，后称为薛定谔方薛定谔方程程。该方程的提出标志着量子力学的诞生，它是量子。该方程的提出标志着量子力学的诞生，它是量子力学的最重要的基本方程。力学的最重要的基本方程。0)(822222222 VEhmzyxx,y,z:电子的空间坐标；电子的空间坐标；m:电子的质量电子的质量V:电子的势能电子的势能;E:电子的总能量电子的

4、总能量 :方程的函数解，称为波函数方程的函数解，称为波函数7 是描述氢原子核外运动状态的数学函数，称为是描述氢原子核外运动状态的数学函数，称为波函数波函数 是薛定谔方程的合理解，无明确的物理意义是薛定谔方程的合理解，无明确的物理意义|2 表示在空间某处电子出现的表示在空间某处电子出现的概率密度概率密度 该点周围微单位体积内电子出现的概率该点周围微单位体积内电子出现的概率薛定谔方程的物理意义薛定谔方程的物理意义8一、一、电子云和概率密度电子云和概率密度电子云：电子云：将空间各处电子出现概率将空间各处电子出现概率密度密度|2的大小用疏密程度的大小用疏密程度不同的黑点表示不同的黑点表示 离核越近离核

5、越近，电子云越密集，电子云越密集，电子出现的电子出现的概率密度概率密度愈大。愈大。离核越远离核越远，电子云越稀疏，电子云越稀疏，电子出现的电子出现的概率密度概率密度愈小。愈小。rs 21 9 三个合理量子数三个合理量子数n、l、m取值的组合取值的组合就可以确定一就可以确定一个波函数个波函数),(,rmln一般记成：一般记成：二二、量子数和氢原子的波函数、量子数和氢原子的波函数 量子数量子数10v主量子数主量子数 n 反映了反映了电子在核外空间出现概率最大的电子在核外空间出现概率最大的区域离核的远近区域离核的远近，这些区域俗称为，这些区域俗称为电子层电子层，是是决定核决定核外电子能量的主要因素外

6、电子能量的主要因素。v 取值：取值：非零正整数非零正整数，即，即n1、2、3、v n 值相同的电子称为值相同的电子称为同层电子同层电子v 对于对于单电子原子单电子原子，11v l 决定决定原子轨道和电子云的原子轨道和电子云的形状形状v 在多电子原子中配合主量子数在多电子原子中配合主量子数n一起一起决定电子的能量决定电子的能量v 取值：取值：l0、1、2、3(n-1)，共可取，共可取 n 个值个值v 同一电子层中的电子可分为若干个能级同一电子层中的电子可分为若干个能级(亚层亚层)，l 决决定了同一电子层中定了同一电子层中不同亚层不同亚层v n,l相同的原子轨道称为相同的原子轨道称为简并轨道简并轨

7、道或或等价轨道等价轨道 12讨论：讨论：l 相同，相同，n 不同。不同。n 越大，能量越高越大，能量越高。E1sE2sE3sE4s E2pE3pE4pE5p n 相同，相同，l 不同。不同。l 越大，能量越高越大，能量越高。EnsEnpEnd H-Cl H-Br H-I一般来说，成键原子间电负性相差越大，键的一般来说，成键原子间电负性相差越大，键的极性越强。极性越强。53分子的极性分子的极性 分子是显电中性的，但从分子内部电荷的分布看，分子是显电中性的，但从分子内部电荷的分布看，可认为可认为正负电荷各集中于一点正负电荷各集中于一点，叫，叫电荷重心电荷重心非极性分子非极性分子(non-polar

8、 molecule)：正、负电荷重心重合正、负电荷重心重合 H2、O2、CO2、BF3、CH4极性分子极性分子(polar molecule)：正、负电荷重心不重合正、负电荷重心不重合 HCl、HF、SO2、NH354共价分子极性的判断共价分子极性的判断极性共价键极性共价键 极性分子极性分子非极性共价键非极性共价键 非极性分子非极性分子H2、Cl2、O2 示例示例HCl、HF极性共价键极性共价键非极性共价键非极性共价键 非极性分子非极性分子S8对称对称非极性分子非极性分子(分子构型分子构型)CO2、CH4、BF3H2O、CHCl3、NH3不对称不对称极性分子极性分子55正四面体正四面体CH45

9、6 L.Pauling and J.S.Slater在在1931年提出的，是对价键法的补充和发展，年提出的，是对价键法的补充和发展，解决分子空间构型问题解决分子空间构型问题CH4 中心原子中心原子C 1s2 2s2 2p2激发激发2个单电子，个单电子，只能形成只能形成2个共价键个共价键四个键也不等同四个键也不等同2s22p22p32s15758一、杂化轨道理论要点一、杂化轨道理论要点 1.形成分子时，同一原子内能量相近的不同类形成分子时，同一原子内能量相近的不同类型的型的 n 个个价原子轨道混合重组，重新分配能量价原子轨道混合重组，重新分配能量和确定空间方向，产生和确定空间方向，产生n个个新的

10、原子轨道新的原子轨道杂杂化轨道化轨道(hybrid orbital)，这一过程称为，这一过程称为杂化杂化(hybridization)。2.杂化轨道杂化轨道形状形状不同于原纯原子轨道形状（肥不同于原纯原子轨道形状（肥大），杂化轨道成键能力更强（重叠多），故大），杂化轨道成键能力更强（重叠多），故原子常先杂化后成键。原子常先杂化后成键。59 3.杂化类型决定分子构型：杂化类型决定分子构型：sp直线直线，sp2平面三角平面三角，sp3 正四面体正四面体。4.杂化又分为等性杂化和不等性杂化两种杂化又分为等性杂化和不等性杂化两种 仅由仅由 s 轨道和轨道和 p 轨道进行杂化可以形轨道进行杂化可以形成三

11、种杂化类型：成三种杂化类型：sp、sp2、sp360spsp杂化杂化1个个2s+1个个2p2个个sp每个每个sp具有具有(1/2)的的2s成分和成分和(1/2)的的2p成分成分61622s2p杂化杂化激发激发sp2p2s2p63中心原子中心原子Be采用采用sp杂化杂化BeCl键为键为sp p键，极性共价键键，极性共价键键角：键角：180分子构型：直线分子构型：直线64sp2杂化杂化1个个2s+2个个2p3个个sp2每个每个sp2具有具有(1/3)的的2s成分和成分和(2/3)的的2p成分成分65激发激发杂化杂化2s2p2s2psp22p66中心原子中心原子B采用采用sp2杂化杂化BF键为键为s

12、p2 p键，极性共价键键，极性共价键键角：键角：120分子构型：平面三角形分子构型：平面三角形67BCl3681个个2s+3个个2p4个个sp3每个每个sp3具有具有(1/4)的的2s成分和成分和(3/4)的的2p成分成分69CHHHH109.52s2p激发激发2p2s杂化杂化70C71NH3 N:2s22p3 含孤对电子对的轨道参加杂化叫做含孤对电子对的轨道参加杂化叫做不等性杂化不等性杂化 三角锥形，三角锥形，键角键角107杂化杂化sp32s2p72H2O分子，分子，V字形，键角字形，键角104.5杂化杂化sp32s2p7374三种三种sp型杂化型杂化spsp2Sp3（等性）（等性）sp3（

13、不等性）（不等性）参与杂化参与杂化原子轨道原子轨道个个个个个个个个个个个个个个个个杂化轨道杂化轨道数数2个个sp3个个sp24个个sp3(含含1或或2对对孤对电子孤对电子)杂化轨道杂化轨道夹角夹角180120109.590109.5分子构型分子构型直线直线平面三角平面三角正四面体正四面体三角锥，三角锥，V形形实例实例BeCl2、C2H2BF3、C2H4CH4、CCl4NH3，H2O75第三节第三节 氢氢 键键n 广义讲，分子间作用力是除共价键、离广义讲，分子间作用力是除共价键、离子键和金属键以外的分子间和基团间相互子键和金属键以外的分子间和基团间相互作用力的总称作用力的总称 n 范德华力范德华

14、力(van der Waals force)和氢键和氢键(hydrogen bond)76决定物质的决定物质的熔点、沸点熔点、沸点等等物理性质物理性质的主要因素的主要因素F2 Cl2 Br2 I2小小大大小小大大低低高高低低高高摩尔质量摩尔质量力力沸点沸点熔点熔点7778一、氢键的形成和本质一、氢键的形成和本质 当当H原子原子与与电负性高电负性高、半径小半径小的的X原子原子以极性共价以极性共价键结合后，由于键结合后，由于X原子吸引电子能力大，使原子吸引电子能力大，使H原子显示原子显示较强正电荷场，在与另一个较强正电荷场，在与另一个电负性较强电负性较强且且有孤对电子有孤对电子的的Y原子原子接触时

15、，又能产生接触时，又能产生静电吸引力静电吸引力，该吸引力称，该吸引力称为为氢键氢键，用，用“”表示。表示。XH YX、Y 可以相同也可以不同，如可以相同也可以不同，如F、O、N等原子。等原子。HF分子间的氢键分子间的氢键FH F H NH3和水分子间的氢键和水分子间的氢键79v形成：形成：XHYv本质：静电作用本质：静电作用v强弱：与原子强弱：与原子X，Y的电负性及原子半径有关。的电负性及原子半径有关。原子原子X，Y的电负性越大，半径越小，氢键越强。的电负性越大，半径越小，氢键越强。FH F OH O OH N NH N80分子间氢键分子间氢键：分子之间形成的氢键。分子之间形成的氢键。81NO

16、HOOONO OHONOOH分子内氢键分子内氢键分子间氢键分子间氢键HF 和和 CH3F82 3.分子间氢键具有方向性分子间氢键具有方向性，形成氢键的，形成氢键的3个原子尽可个原子尽可能在一条直线上，能在一条直线上，X与与Y之间距离最远斥力较小，氢之间距离最远斥力较小，氢键稳定。键稳定。1.氢键的键能小氢键的键能小，比化学键弱得多，但比范德华，比化学键弱得多，但比范德华力稍强。力稍强。2.氢键具有饱和性氢键具有饱和性，当，当H原子已经形成原子已经形成1个氢键后，个氢键后，不能再与第三个强电负性原子形成第不能再与第三个强电负性原子形成第2个氢键。个氢键。OHHOHHOHH83分子内氢键分子内氢键

17、1.1.对熔、沸点的影响：对熔、沸点的影响：分子间氢键分子间氢键熔、沸点熔、沸点高高低低例：例：间、对硝基苯酚间、对硝基苯酚熔点为熔点为96和和114邻硝基苯酚熔邻硝基苯酚熔点为点为4584 溶质与水形成氢键溶质与水形成氢键在水中的溶解度在水中的溶解度不能不能能能较大较大很小很小ROH(醇醇),RCOOH(羧酸羧酸)例子例子烃烃 溶质易形成分子内氢键：溶质易形成分子内氢键：如何解释如何解释邻硝基苯酚邻硝基苯酚在水中的溶解度比在水中的溶解度比对硝基对硝基苯酚苯酚小？小？在水中的溶解度小在水中的溶解度小8586元素周期表中元素电负性周期性变化规律元素周期表中元素电负性周期性变化规律增大增大减小减小87+-+-H FH H 非极性键非极性键极性键极性键88