无机化学Inorganic Chemistry第二部分化学作用的微观原理1.物质的电子结构理论2.分子间的非共价作用力
1 无机化学 Inorganic Chemistry 第二部分 化学作用的微观原理 1. 物质的电子结构理论 2. 分子间的非共价作用力
WHY?为什么稀有气体是单原子组成？为什么氧气有磁性？口这些问题不是集体为什么硅可以做芯片？行为，为什么染料分子可以荧光？口温度不是主要因素为什么金属可以导电？口不能用宏观的化学为什么石墨是层状结构？原理解释为什么水分子间有氢键作用？为什么碱金属离子有焰色反应？为什么金是黄色的，不是银白色？为什么氮气难以被活化？电子结构更基础地决定物质的各种物理与化学性质，是认识化学问题本质机理的根源所在。2
2 WHY？ ✓ 为什么稀有气体是单原子组成？ ✓ 为什么氧气有磁性? ✓ 为什么硅可以做芯片？ ✓ 为什么染料分子可以荧光？ ✓ 为什么金属可以导电？ ✓ 为什么石墨是层状结构？ ✓ 为什么水分子间有氢键作用？ ✓ 为什么碱金属离子有焰色反应？ ✓ 为什么金是黄色的，不是银白色？ ✓ 为什么氮气难以被活化？ ✓ . 电子结构更基础地决定物质的各种物理与化学 性质，是认识化学问题本质机理的根源所在。 这些问题不是集体 行为， 温度不是主要因素， 不能用宏观的化学 原理解释
电子结构是什么？√电子是带负点的基本粒子，是原子结构基元的一部分原子=原子核+核外电子√电子结构是原子的核外电子在原子及原子聚集体中的分布与运动状态，尤其是最外层价电子的状态原子以上层次物质的物理与化学性质起源并决定于于物质的电子结构，是物质结构与性质特性的根源描述电子结构的最成熟理论是在1925一1930年间建立的经典量子力学，是普适的理论；研究物质化学性质的量子化学是量子力学基本原理的一个分支应用3
3 电子结构是什么？ ✓ 电子是带负点的基本粒子，是原子结构基元的一部分 原子=原子核+核外电子 ✓ 电子结构是原子的核外电子在原子及原子聚集体中 的分布与运动状态，尤其是最外层价电子的状态 ✓ 原子以上层次物质的物理与化学性质起源并决定于 于物质的电子结构，是物质结构与性质特性的根源 ✓ 描述电子结构的最成熟理论是在1925—1930年间建 立的经典量子力学，是普适的理论；研究物质化学性 质的量子化学是量子力学基本原理的一个分支应用
原子及电子结构理论发展历程旧量子论实验突破原子理论量子理论原始原子观普朗克能量子概念原子发射光谱研究文(1900)(BC 400)(1880s)道尔顿原子论爱因斯坦光量子概念汤姆逊电子的发现(1905)大(1805)(1896)爱因斯坦光波粒二象性汤姆逊枣糕原子模型卢瑟福原子核的发现(1897)(1908)玻尔原子模型（1913）电子自旋的发现卢瑟福行星原子模型(1925)(1911)德布罗意物质波概念电子衍射的发现玻尔原子模型(1924)(1927)(1913)量子力学查德威克中子的发现(1932)薛定波动力学海森堡矩阵力学狄拉克相对论量子力学(1925)(1926)(1928)4
4 原子及电子结构理论发展历程 海森堡矩阵力学 薛定谔波动力学 狄拉克相对论量子力学 原子理论 原始原子观 道尔顿原子论 卢瑟福行星原子模型 玻尔原子模型 汤姆逊枣糕原子模型 爱因斯坦光量子概念 爱因斯坦光波粒二象性 玻尔原子模型 实验突破 量子理论 普朗克能量子概念 德布罗意物质波概念 汤姆逊电子的发现 卢瑟福原子核的发现 电子自旋的发现 查德威克中子的发现 电子衍射的发现 原子发射光谱研究 量子力学 旧量子论 (1900) (1905) (1913) (1924) (1911) (1927) (1925) (1908) (1896) (1925) (1926) (1928) (BC 400) (1805) (1932) (1913) (1880s) (1897)
无机化学ChemistryInorganic第九章原子的电子结构理论0.20,2-v5
5 无机化学 Inorganic Chemistry 第九章 原子的电子结构理论
化学所关注的原子结构的核心是电子结构因为在化学反应中，原子核不变，起变化的只是核外电子。了解物质的性质及其变化规律的核心是核外电子的分布与运动状态。量子力学理论框架下的电子结构，包括电子轨道的构成（原子轨道和分子轨道）与电子的排布6
6 ➢ 化学所关注的原子结构的核心是电子结构 ➢ 因为在化学反应中，原子核不变，起变化的只 是核外电子。了解物质的性质及其变化规律的 核心是核外电子的分布与运动状态。 ➢ 量子力学理论框架下的电子结构，包括电子轨 道的构成(原子轨道和分子轨道)与电子的排布
本章主要内容：微观粒子的运动特性及其规律：核型原子模型、氢原子光谱和Bohr理论、波粒二象性、测不准原理。量子力学对氢原子的处理：波函数与原子轨道、几率密度和电子云、四个量子数、波函数的图形表示等核外电子的排布：多电子原子的能级、电子排布规律。元素性质的周期性：掌握周期表中元素的分区，结构特征，熟悉原子半径、电离能、电子亲合能、电负性等的变化规律7
7 本章主要内容： • 微观粒子的运动特性及其规律：核型原子 模型、氢原子光谱和 Bohr 理论、波粒二 象性、测不准原理。 • 量子力学对氢原子的处理：波函数与原子 轨道、几率密度和电子云、四个量子数、 波函数的图形表示等。 • 核外电子的排布：多电子原子的能级、电 子排布规律。 • 元素性质的周期性：掌握周期表中元素的 分区，结构特征，熟悉原子半径、电离能、 电子亲合能、电负性等的变化规律
9.1早期原子模型9.1.1经典原子模型的发展公元前400年，希腊哲学家德谟克利特提出，世SRCA0界由不可再分的原子组成.化学哲学新体养不可再分的部分，a-tom:1803年，Dalton提出了化学原子论。化学元素由不可分的微粒一原子构成，他认为原子在一切化学变化中是不可再分的最小单位同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和质量各不相同，原子质量是元素基本特征之一。不同元素化合时，原子以简单整数比结合。推导并用实验证明倍比定律。如果一种元素的质量固定时，那么另一元素在各种化合物中的质量一定成简单整数比8
8 9.1 早期原子模型 • 公元前400年，希腊哲学家德谟克利特提出，世 界由不可再分的原子组成。 a-tom: 不可再分的部分。 • 1803年，Dalton提出了化学原子论。 ✓ 化学元素由不可分的微粒—原子构成，他认为原子在一切化学变 化中是不可再分的最小单位。 ✓ 同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和质量 各不相同，原子质量是元素基本特征之一。 ✓ 不同元素化合时，原子以简单整数比结合。推导并用实验证明倍 比定律。如果一种元素的质量固定时，那么另一元素在各种化合 物中的质量一定成简单整数比。 9.1.1 经典原子模型的发展
近代：道尔顿和阿佛加德罗建立了原子和分子学说化学真正成为一门独立的科学化学学科的建立意大利化学家英国化学家物理学家阿佛加德罗道尔顿
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早期原子模型9.1E9.1.1经典原子模型的发展19世纪未到20世纪初，相继发现电子、质子、原子放射性，原子可以再分。转折点在1895年发现放射性与1896年发现电子英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，实验装置如图所示，思考：电子的发现开金属板D，D，之间未加电场时射线不偏转，射在屏上启了对精细原的P，点，按图示方向加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上的P，点，由此推断阴极射线带有什么性质的电荷？子结构的探索10
10 9.1 早期原子模型 • 19世纪末到20世纪初，相继发现电子、质子、 原子放射性，原子可以再分。转折点在1895 年发现放射性与1896年发现电子。 9.1.1 经典原子模型的发展 电 子 的 发 现 开 启 了 对 精 细 原 子结构的探索