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1、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的概念。他认为黑体辐射频率为概念。他认为黑体辐射频率为 的能量是不连续的，的能量是不连续的，只能是只能是h 的整数倍。的整数倍。h称为普朗克常数，称为普朗克常数，6.62610-34Js。第1页/共88页21913年，丹麦物理学家年，丹麦物理学家玻尔玻尔（Bohr）在牛顿力学的）在牛顿力学的基础上，吸收了量子论和光子学说的思想，建立了基础上，吸收了量子论和光子学说的思想，建立了玻尔玻尔原子模型原子模型。(定态同心圆模型定态同心圆模型)第2页/共88页3玻尔的氢原子模型玻尔的氢原子模型
2、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第3页/共88页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n n=1=1为基态为基态为基态为基态，电子可跃迁到较高能级，电子可跃迁到较高能级激发态激发态激发态激发态上上 E=-(Z
3、2/n2)2.18 10-18J第4页/共88页5能量的量子化、不连续性第5页/共88页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。x,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总能量 :方程的函数解，
4、称为波函数方程的函数解，称为波函数第6页/共88页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薛定谔方程的物理意义义第7页/共88页8一、电子云和概率密度一、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。注意注意注意注意:小黑点不代表电子小黑点不代表电子小黑点不代表电子小黑点不代表电子第8页/共88页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个就可以确定一个波函数波函数 一般记成：一般记成：二、量子数和氢原子的波函数二、量子数和氢原子的波函数量子数量子数第9页/共88页10（一）主量子数（一）主量子数(n n)v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
6、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、vn 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，n n是决定其电子能量的唯一因素是决定其电子能量的唯一因素是决定其电子能量的唯一因素是决定其电子能量的唯一因素第10页/共88页11（二）（二）角量子数角量子数(l)vl 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
7、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vn,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道或或等价轨道等价轨道l012电子亚层电子亚层spd电子云形状电子云形状球形球形双球形双球形花瓣形花瓣形第11页/共88页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。E1sE2sE3sE4sE2pE3pE4pE5pn相同，相同，l不同。不同。l越大，能量越高越大，能量越高。EnsEnpEndH-C
8、lH-BrH-I一般来说，成键原子间电负性相差越大，键的极性越强。第52页/共88页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-polarmolecule)：正、负电荷重心重正、负电荷重心重合合H2、O2、CO2、BF3 3、CH4极性分子极性分子(polarmolecule)：正、负电荷重心不重合正、负电荷重心不重合HCl、HF、SO2、NH3第53页/共88页54共价分子极性的判断共价分子极性的判断双原子分子双原子分子
9、双原子分子双原子分子多原子分子多原子分子多原子分子多原子分子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第54页/共88页 1s-3p1s-3p正四面体正四面体CH4第55页/共88页56第二节杂化轨道理论HybridizationorbitalTheoryL.PaulingandJ.S.Slater在1931年提出的，是对价键法的补充
10、和发展，解决分子空间构型问题CH4中心原子C1s22s22p2激发2个单电子，只能形成2个共价键四个键也不等同2s22p22p32s1第56页/共88页57第57页/共88页58一、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型的 n 个价原子轨道混合重组，重新分配能量和确定空间方向，产生n个新的原子轨道杂杂化化轨轨道道(hybrid orbital)，这一过程称为杂化杂化(hybridization)。2.杂化轨道形状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），故原子常先杂化后成键。第58页/共88页593.杂化类型决定分子构型：sp直
11、线，sp2平面三角，sp3正四面体。4.杂化又分为等性杂化和不等性杂化两种仅由s轨道和p轨道进行杂化可以形成三种杂化类型：sp、sp2、sp3第59页/共88页60spsp杂化杂化1个2s+1个2p2个sp每个sp具有(1/2)的2s成分和(1/2)的2p成分第60页/共88页61第61页/共88页62BeCl2从中心原子价层电子组态出发Be:2s2实例：应用杂化理论解释实例：应用杂化理论解释BeClBeCl2 2 的构型的构型2s2p杂化激发sp2p2s2p第62页/共88页63中心原子Be采用sp杂化BeCl键为spp键，极性共价键键角：180分子构型：直线第63页/共88页64sp2杂化
12、1个2s+2个2p3个sp2每个sp2具有(1/3)的2s成分和(2/3)的2p成分第64页/共88页65BF3B:2s22p1杂化应用杂化理论解释杂化应用杂化理论解释BFBF3 3的构型的构型激发杂化2s2p2s2psp22p第65页/共88页66中心原子B采用sp2杂化BF键为sp2p键，极性共价键键角：120分子构型：平面三角形第66页/共88页67实实 例例BCl3第67页/共88页68sp3杂化1个2s+3个2p4个sp3每个sp3具有(1/4)的2s成分和(3/4)的2p成分第68页/共88页69sp3杂化：CH4CHHHH109.5甲烷甲烷 CHCH44C:2sC:2s222p2
13、p2 22s2p激发2p2s杂化第69页/共88页70C第70页/共88页71NH3N:2s22p3含孤对电子对的轨道参加杂化叫做不等性杂化三角锥形，键角107杂化sp3不等性杂化：不等性杂化：NHNH3 3 2s2p第71页/共88页72H2OO:2s22p4H2O分子，V字形，键角104.5杂化sp32s2p第72页/共88页73第73页/共88页74三种sp型杂化spsp2Sp3（等性）sp3（不等性）参与杂化原子轨道个个个个个个个个杂化轨道数2个sp3个sp24个sp3(含1或2对孤对电子)杂化轨道夹角180120109.590 109.5分子构型直线平面三角正四面体三角锥，V形实例B
14、eCl2、C2H2BF3、C2H4CH4、CCl4NH3，H2O第74页/共88页75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范德华力范德华力(vanderWaalsforce)和氢键和氢键(hydrogenbond)第75页/共88页76 范德华力的作用范德华力的作用决定物质的决定物质的熔点、沸点熔点、沸点等物理性质的主要因素等物理性质的主要因素F2Cl2Br2I2小小大大小小大大低低高高低低高高摩尔质量摩尔质量范德华范德华力力沸点沸点熔点熔
15、点第76页/共88页77氢化物沸点变化规氢化物沸点变化规律律第77页/共88页78一、氢键的形成和本质一、氢键的形成和本质当当H原原子子与与电电负负性性高高、半半径径小小的的X原原子子以以极极性性共共价价键键结结合合后后，由由于于X原原子子吸吸引引电电子子能能力力大大，使使H原原子子显显示示较较强强正正电电荷荷场场，在在与与另另一一个个电电负负性性较较强强且且有有孤孤对对电电子子的的Y原原子子接接触触时时，又又能能产产生生静静电电吸吸引引力力，该该吸吸引引力力称称为为氢键氢键，用，用“”表示。表示。XHYX、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
16、键分子间的氢键FHFHNH3和水分子间的氢键和水分子间的氢键第78页/共88页79讨讨 论论v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。FHFOHOOHNNHN第79页/共88页80二、氢键的特点和类型二、氢键的特点和类型分子间氢键：分子间氢键：分子之间形成的氢键。分子之间形成的氢键。第80页/共88页81举举 例例分子内氢键分子内氢键分子间氢键分子间氢键HF和和CH3F第81页/共88页82 氢键的特征氢键的特征3.分子间氢键
17、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，但比范德华力，比化学键弱得多，但比范德华力稍强。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。第82页/共88页83三、氢键的作用三、氢键的作用分子内氢键分子内氢键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
18、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45第83页/共88页842.对溶解度的影对溶解度的影响响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第84页/共88页85第85页/共88页86元素周期表中元素电负性周期性变化规律增大增大减减小小第86页/共88页+-+-H FH H 非极性键极性键第87页/共88页88感谢您的观看！第88页/共88页