大学化学第5章 物质结构基础

第

5章

物质结构基础

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本章学习要求1. 了解原子核外电子运动的基本特征，明确量子数 的取值规律，了解原子轨道和电子云的空间分布。 2. 掌握核外电子排布的一般规律及其与元素周期 表的关系。 3. 了解化学键的本质及键参数的意义。 4. 了解杂化轨道理论的要点，能应用该理论判断 常见分子的空间构型、极性等。

5. 了解分子间作用力以及晶体结构与物质物理性 质的关系。

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第5章 目录5.1 原子结构的近代概念 5.2 多电子原子的电子分布方式 和周期系 5.3 化学键与分子间相互作用力 5.4 晶体结构

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5.1

原子结构的近代概念章首的思考

化学是一门历史悠久的科学，但为什么现 代化学直到20世纪初才开始迅速地发展？ 现在人们以每年数十万计的速度在发现新 的化合物。我们怎么知道它是新化合物？

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经典的原子模型古代原子概念： 物质是由最微小、最坚硬、不可入、不可分 的微粒组成，并将这种微粒定义为“原子” 。 近代原子学说 ： (1)物质的最小组成单位为原子，原子不能 创造、不能毁灭、不能分割； (2)同种元素的原子其形状、质量和性质均 相同，不同元素的原子则不同； (3)原子以简单的比例结合成化合物。首页 上一页 下一页 末页 5

经典的原子模型

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经典的原子模型现代原子模型 ：

①原子由原子核和电子构成； ②原子核体积很小，带正电荷，但几乎 集中了原子的全部质量； ③电子绕核做圆周运动，并有不同的运 动轨道，就像行星绕太阳运动一样。首页 上一页 下一页 末页 7

5.1.1 波函数光和电磁辐射

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5.1.1 波函数1. 光的波粒二象性20世纪初，爱因斯坦提出了质能转换关系： E = mc2 由于 E = hv c = v hv = mc2 = mc v 所以

= h / mc = h / p式中，c 为光速, h为普朗克常数， h =6.626 10-34J· 1 , p sˉ 为光子的动量。

光具有动量和波长，也即光具有波粒二象性。首页 上一页 下一页 末页 9

2.

微观粒子的波粒二象性

光的波、粒二象性揭示了光被人们忽略的另一面，反之， 粒子是否也具有被忽视的另一面，即波动性质呢？ 德· 布罗意(de · Broglie)提出微观粒子也具有波的性质，并 假设：

= h / mv式中， 为粒子波的波长；v为粒子的速率，m为粒子 的质量

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电子衍射实验示意图1927年，粒子波的假设被电子衍射实验所证实。

晶片光栅

定向电子射线 衍射图象

附图5.1

电子衍射示意图首页 上一页 下一页 末页 11

3.氢放

氢原子光谱示意图狭缝 棱镜

电管

415nm 435nm 487nm 660nm

电子束

电子束

氢原子光谱特征： 1 1 其频率具有一定的规律 R( 2 2 ) n1 n2 不连续光谱,即线状光谱 式中，R为常数，n1、n2必须是正整数且n1<n2首页 上一页 下一页 末页 12

附图5.2 氢原子光谱示意图

光和电子的双缝衍射图样

特点： 大量粒子的宏观表现； 符合统计规律，是几率波首页 上一页 下一页 末页 13

例 一粒砂石质量m=10-5g,以10-2ms-1 速度运动，求其物质波的波长。

根据上式，应该所有物质在运动过程中都会产生波。对 于宏观物质，由于质量太大，以致物质的波短到无法观察。首页 上一页 下一页 末页 14

对于电子，m=9.1×10-31,v=1.5×106m·s-1。 那么

=4.8×10-10m因此，微观粒子的波动性是不可忽略的。

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4、测不准原理要想同时准确测定微观粒子的运动速率和所在 空间的位臵是完全不可能的。 动量测定得越准确，相应的位臵就越不准确； 位臵测定的越准确，相应的动量就越不准确。 Δx ΔP = h 或 m Δx Δv = h 宏观物质：可测 微观物质：不可测首页 上一页 下一页 末页 16