《无机及分析化学》第7章物质结构基础.pptx

7.1核外电子的运动状态

7.2多电子原子结构

7.3化学键理论

7.4多原子分子的空间构型

7.5共价型物质的晶体;学习要求;物质的各种性质都与其结构相关;7.1核外电子的运动状态;Rutherford核原子模型;在化学变化中，原子核并不发生变化，而只是核外电子运动状态发生了改变。因此要深入理解化学反应的本质，了解物质的结构与性质的关系，预测新物质的合成等，首先必须了解原子结构，特别是原子的电子层结构的知识以及分子结构与晶体结构的有关知识。;7.1.2微观粒子(电子)的运动特征

与宏观物体相比，分子、原子、电子等物质称为微观粒子。微观粒子的运动规律有别于宏观物体，有其自身特有的运动特征和规律，即波粒二象性，体现在量子化及统计性。

;1．微观粒子的波粒二象性;根据爱因斯坦(A.Einsten)提出的质能联系定律：

E=mc2(7-1)

c=2.998?108m?s–1，光速。光子的能量与光波的频率?成正比：

E=h?(7-2)

h=6.626?10?34J?s，普朗克(M.Planck)常量

借助(7-1)、(7-2)两式及c=???(7-3)

光的波粒二象性可表示为：

mc=E/c=h?/c

p=h/?(7-4)

p为光子的动量。

;德布罗依波

法国物理学家德布罗依(L.deBroglia)于1924年大胆假设微观离子的波粒二象性是一种具有普遍意义的现象。所有微观离子，如电子、原子等实物粒子也具有波粒二象性，并预言高速运动的微观离子（如电子等）其波长为

?=h/p=h/mv(7-5)

M——粒子的质量，v——粒子的运动速度，p——粒子的动量。(7-5)式即为有名的德布罗依关系式，;1927年，德布罗依的假设为戴维逊(DavissonCJ)和盖革(GeigerH)的电子衍射实验所证实。;电子衍射实验示意图;戴维逊—盖革的电子衍射实验;进一步的实验证明，不仅电子，其他如质子、中子、原子等一切微观离子均具有波动性，都符合(7-5)式的关系。由此可见，波粒二象性是微观离子运动的特征。因而描述微观粒子的运动不能用经典的牛顿力学，而必须用描述???观世界的量子力学。

例7-1为其中一例。;2.量子化;氢原子光谱示意图;1913年，瑞典物理学家里德堡(J.R.Rydberg)仔细测定了氢原子光谱可见光区各谱线的频率，找出了能概括谱线之间普遍关系的公式，里德堡公式：

?=R?(7-6)

式中n1、n2为正整数，且n2n1，R?=3.289?1015s?1，称里德堡常量。

氢在可见光区(波长?=400?700nm)有4条颜色不同的亮线，与里德堡公式相吻合。计算见P7-5。;玻尔模型;电子由一种定态(能级)跃迁到另一种定态(能级)，在此过程中以电磁波的形式放出或吸收辐射能(h?)：

?E=h?(7-8)

由高能态跃迁到低能态(?E?0)则放出辐射能，反之，则吸收辐射能。

玻尔求得原子基态时电子离核距离r=52.9pm，通常称为玻尔半径，以ao表示。;原子中电子的能量状态不是任意的，而是有一定条件的，它具有微小而分立的能量单位——量子(quantum)(h?)。

换言之：物质吸收或放出能量就象物质微粒一样，只能以单个的、一定分量的能量，一份一份地按照这一基本分量(h?)的倍数吸收或放出能量，即能量是量子化的。

由于原子的两种定态能级之间的能量差不是任意的，即能量是量子化的，不连续的，由此产生的原子光谱也必然是分立的，不连续的。;3.统计性;但是电子在核外某处出现的概率大小却不随时间改变而变化，电子云就是形象地用来描述概率的一种图示方法。

图为氢原子处于能量最低的状态时的电子云，图中黑点的疏密程度表示概率密度的相对大小。由图可知：离核愈近，概率密度愈大；; 综上所述，微观粒子运动的主要特征是具有波