第5章物质结构基础 2003-3-10 工程化学教研室
2003-3-10 工程化学教研室 2 第 5 章 物质结构基础
学习基本要求 1联系原子核外电子运动的特征,了解浪函数、四个量 子数和电子云的基本概念,了解波函数和电子云的角 度分布示意图。 2掌握周期系元素的原子的核外电子分布的一般规律及 其与周期表的关系,明确原子(及离子)的外层电子 分布和元素分区的情况。联系原子结构了解元素的某 些性质的一般递变情况。 3.了解共价键的价键理论的基本要点以及键长、键角和 键能的概念。了解分子电偶极矩的概念及其应用于区 分极性分子与非极性分子。能联系杂化轨道理论说明 些典型分子的空间构型。 4在明确化学键、分子间力(以及氢键)的本质及特性 的基础上,了解晶体结构及其对物质性质的影响。 2003-3-10 工程化学教研室
2003-3-10 工程化学教研室 3 学习基本要求 1.联系原子核外电子运动的特征，了解波函数、四个量 子数和电子云的基本概念，了解波函数和电子云的角 度分布示意图。 2.掌握周期系元素的原子的核外电子分布的一般规律及 其与周期表的关系，明确原子（及离子）的外层电子 分布和元素分区的情况。联系原子结构了解元素的某 些性质的一般递变情况。 3.了解共价键的价键理论的基本要点以及键长、键角和 键能的概念。了解分子电偶极矩的概念及其应用于区 分极性分子与非极性分子。能联系杂化轨道理论说明 一些典型分子的空间构型。 4.在明确化学键、分子间力（以及氢键）的本质及特性 的基础上，了解晶体结构及其对物质性质的影响
(-)原子结构的近代概念 波函数 要内容 电子云 内(二)多电子原子的电子分布方式和周期系 多电子原子轨道的能级 核外电子分布原理和核外电子分布方式 原子的结构与性质的周期性规律 (三)化学键与分子间相互作用力 化学键 分子的极性和分子的空间构型 分子间相互作用力 超分子化学 分子振动光谱 (四)晶体结构 2003-3-10 工程化学教研室
2003-3-10 工程化学教研室 4 主 要 内 容 （一）原子结构的近代概念 波函数 电子云 （二）多电子原子的电子分布方式和周期系 多电子原子轨道的能级 核外电子分布原理和核外电子分布方式 原子的结构与性质的周期性规律 （三）化学键与分子间相互作用力 化学键 分子的极性和分子的空间构型 分子间相互作用力 超分子化学 分子振动光谱 （四）晶体结构
51氢原子结构的近代概念 氢原子光谱和玻尔理论 1氢原子的光谱在可见光区有五条明线 里德堡用一公式归纳 11 v=3.29×1015( 2)s-lnn2(正整数) 2003-3-10 工程化学教研室
2003-3-10 工程化学教研室 5 一 氢原子光谱和玻尔理论 1 氢原子的光谱 在可见光区有五条明线 里德堡用一公式归纳： ν=3.29×1015( 2 2 2 1 n 1 n 1 − )s-1 n1<n2 (正整数) 5.1 氢原子结构的近代概念
2玻尔氢原子模型 (1)电子绕核做圆形轨道运动,有一定能量,称定态。 能量最低的定态叫基态,能 量较高时叫激发态。此时电 子运动的: 轨道半径r=n2ao 基态 电子能量E= 21.8×1018 激发态 2 核外,不同的轨道有不同的能量(不同定态)这些能 量是不连续的。这些不连续的能量值称能级。 2003-3-10 工程化学教研室
2003-3-10 工程化学教研室 6 2 玻尔氢原子模型 能量最低的定态叫基态，能 量较高时叫激发态。此时电 子运动的: 轨道半径 r = n2ao 电子能量 (1)电子绕核做圆形轨道运动，有一定能量，称定态。 ao J n 21.8 1 0 2 −1 8 − E = 核外，不同的轨道有不同的能量（不同定态）这些能 量是不连续的。这些不连续的能量值称能级
(2)原子接受能量后,由一种定态(E1)激发到另一种定态 E2)。激发态不稳定,瞬时恢复到基态(或能量较低的 定态)跃迁,同时辐射出光子 光子的能量为二定 态能量之差:b=E2E1 由此可算得: 外光 可见光 v=329×1015( 紫外光 n=123.4.5.正整数)一量子数 2003-3-10 工程化学教研室
2003-3-10 工程化学教研室 7 ⑵原子接受能量后，由一种定态(E1 )激发到另一种定态 （E2）。激发态不稳定，瞬时恢复到基态(或能量较低的 定态)—跃迁，同时辐射出光子。 光子的能量为二定 态能量之差：hν=E2 -E1 由此可算得： ν=3.29×1015( 2 2 2 1 1 1 n n − )s-1 n=1.2.3.4.5…(正整数）—量子数
52原子结构的近代概念 即:E=21:8×101mn2强运动完即r=an2 (1)量子化特征。包括能量量子化;“半径 (2)波-粒二象性。德布洛依提出:实物 他给出了一个德布洛依关系式 h p mv 这种实物粒子的波称物质浪又称德布洛依浪。 2003-3-10 工程化学教研室
2003-3-10 工程化学教研室 8 1 核外电子运动的特殊性 质量极小，速度极大的电子，其运动完全不同于宏观 物体,不遵守经典力学规律 (2)波-粒二象性。德布洛依提出： “半径”量子化。 即：E=-21.8×10-18/n2J 即: r=a0n2 实物粒子具有波性。 (1)量子化特征。包括能量量子化； 5.2 原子结构的近代概念 他给出了一个德布洛依关系式： p m h h λ = = 这种实物粒子的波称物质波又称德布洛依波
例如:一个电子m=911×101g U=106ms-1 按德布洛依关系此电子=727pm 此M值与x-射线的相同。 电子行射实验证实了 德布洛依波的存在。 (3)统计性。电子的波性是大量 电子(或少量电子的大量) 行为的统计结果。 所以:物质波是统计波。 2003-3-10 工程化学教研室
2003-3-10 工程化学教研室 9 例如：一个电子 m =9.11×10-11g υ=106m.s -1 按德布洛依关系此电子 λ=727pm 此λ值与x-射线的相同。 电子衍射实验证实了 德布洛依波的存在。 (3)统计性。电子的波性是大量 电子(或少量电子的大量) 行为的统计结果。 所以:物质波是统计波
电子衍射实验示意图 晶片光栅 定向电子射线 衍射图象 2003-3-10 工程化学教研室
2003-3-10 工程化学教研室 10 电子衍射实验示意图 定向电子射线 晶片光栅 衍射图象
2波函数与原子轨道 对于电子波,薛定谔给出一个波动方程: 0202028π2m ax ar az h2(E-v)= 其中,v为波动函数,是空间坐标x、y、z的函数。 E为核外电子总能量,V为核外电子的势能,h为普 朗克常数,m为电子的质量。 解此方程可得:①系统的能量E;波函数ψ y是描述电子运动状态的数学函数式。 如 100 e V丌4 2003-3-10 工程化学教研室
2003-3-10 工程化学教研室 11 2 波函数与原子轨道 对于电子波，薛定谔给出一个波动方程: 0 π m 2 2 2 + − = + + ψ z h ψ y ψ ψ 2 ( ) 8 2 2 2 2 E V x 解此方程可得：①系统的能量E ；波函数ψ。 ψ是描述电子运动状态的数学函数式。 0 3 0 100 a r π a ψ − = e 1 如： 其中， 为波动函数，是空间坐标x、y、z 的函数。 E 为核外电子总能量，V 为核外电子的势能，h 为普 朗克常数，m 为电子的质量