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第二章 物质结构基础 2.1 物质的状态 Gas-liquid-solid 理想气体 状态方程的运用 实际气体的状态方程—Van der Waals 方程 2.2 原子结构 历史回顾：原子结构模型 J. Dalton 的原子学说 J.J.Thomson 原子“浸入模型” E.Rutherford 的原子“含核模型” 原子光谱 N. Bohr 氢原子理论 关于 H 原子 Schr?dinger 方程的解 的解释 多电子原子中的轨道能级 核外电子排布三原则 价轨道与价电子 元素性质的周期变化 2.3 化学键与分子结构 2.4 分子间力 键角：分子中一个原子与另外两个原子形成的两个共价键在空间形成的夹角，被称为键角。 例如，水分子 H－O－H 的键角是 104.5o，氨分子中 H－N－H的键角是 107.3o，H2S 分子的 H-S-H 的键角为 92o，甲醇分子的 C－O－H 的键角是 108.9o。 键极性：只要共价键两端的原子不同，该共价键有极性。不同种类原子的电负性不同，对核间电子云吸引力不同，电子云在两核之间不再均匀分布。电子填充的结果将使得电荷的分布不均，产生极性。 相同原子间形成的共价键，属于非极性共价键，简称为非极性键。仅含有非极性键的分子，属于非极性分子。但含有极性键的分子，不一定是极性分子，如四氯化碳和二氧化碳。 价键理论的局限性： 1） 不能解释 O2 分子的顺磁性。 According to Valence bond theory, all electrons are paired. But O2 is paramagnetic! How do we explain this? 2）在解释多原子分子的几何构型时遇到了困难，如 H2O 的夹角实际测得是 104.5o、有机分子的四面体碳等。 2s22p4 价键理论在解释多原子分子的几何构型时遇到了困难，如 H2O 的夹角实际测得是 104.5o、有机分子的四面体碳等。通过对化学键本质的研究，Pauling 提出了广泛使用的杂化轨道概念。 杂化轨道理论认为，在形成化学键的过程中，原子轨道自身会重新组合，形成杂化轨道，以获得最佳的成键效果。 四．杂化轨道理论（hybridization） 轨道杂化是因为成键的需要，只出现在成键过程中。 杂化不改变轨道的数量，但改变了轨道的空间分布。杂化轨道方向更合理，成键能力更强。 杂化轨道主要形成 s 键，或安置孤电子对，但不会空置。 杂化轨道仍是原子轨道。 几个基本概念 常见杂化轨道的类型：a) s-p；b) s-p-d。 常 见 杂 化 轨 道 sp1 杂化：直线型 Be：1s22s2 2s2 2p 激发 杂化 2sp 2p 2s1 2p1 + s 轨道 p 轨道 杂 化 z x y 2sp 杂化轨道 BeCl2 分子结构：直线型 Cl Cl Be : : Be Cl Cl 180o Be: 1s2sp1sp1 Cl: 3s2p2p2p1 Cl: 3s2p1p2p2 2sp 3p 3p sp2 杂化：平面三角形 B：1s22s22p1 2s2 2p1 激发 杂 化 3sp2 2p 2s1 2p2 杂 化 + s 轨道 px 轨道 pz 轨道 3sp2 杂化轨道 BH3 facts: trigonal planar, 3 equivalent bonds BH3 分子结构：平面三角形 sp3 杂化：四面体 根据杂化轨道理论，饱和碳原子的四个价层电子轨道，即一个 2s 轨道和三个 2p 轨道会线性组合成四个完全对等的 sp3 杂化轨道，在空间上成正四面体结构。 2s2 2p2 激发 杂化 4sp3 2s1 2p3 杂 化 s 轨道 p 轨道 4sp3 杂化轨道 例：K 的原子序数为19 不符合能量最低原理，正确的应该是： 能量最低原理的补充规则： 等价轨道全充满、半充满或全空的状态比较稳定。 全充满： s2 , p6, d10, f 14 半充满： s1 , p3, d5, f 7 全 空： s0 , p0, d0, f 0 例：写出 Z = 24 的铬元素的电子排布式 解：原子序数为24，其中 1s, 2s, 2p, 3s, 3p 共 5 个能级 9 个轨道排布了 18 个电子。不考虑补充规则时，排列方式应是1s22s22p63s23p6 3d44s2，考虑补充规则时，则为 1s22s22p63s23p6 3d54s1 实验证实，后者是正确结果。 思考题：29 号元素的的电子排布式如何？ 1s22s22p63s23p6