绪论 1.化学:在分子、离子和原子层次上,研究物质的组成和结构以及物质的化学 性质和化学变化及其内在联系的科学 应注意的问题: (1)化学变化的特点:原子核组成不变,发生分子组成或原子、离子等结 合方式的改变 (2)认为物理变化不产生质变,不生成新物质是不准确的,如 2H+31H=42He+on是质变,产生了新元素,但属于物理变化的范畴; (3)化学变化也有基本粒子参加,如:2AgC}=2Ag+Ch就有光子参加 (4)物质 体单质化合物〔分子、原子、离子)(质子 电磁场、引力场。 2.无机化学:除去碳氢化合物及其大多数衍生物外,对所有元素和他们的化合 物的性质和反应进行研究和理论解释的科学。(莫勒提法) 3.怎样学习无机化学? (1)你所积累的好的学习方法都适于学习无机化学 (2)课前预习,带着问题听课。提倡写预习笔记。 (3)课上精力集中,边听边看边想边记,眼、耳、手、脑并用 (4)课后趁热复习,按时完成作业,及时消化,不欠账。 (5)提高自学能力,讨论课积极发言。 (6)随时总结,使知识系统化。达到书越读越薄之目的 (7)理论联系实际,做好化学实验
1 绪论 1. 化学：在分子、离子和原子层次上，研究物质的组成和结构以及物质的化学 性质和化学变化及其内在联系的科学。 应注意的问题： （1）化学变化的特点：原子核组成不变，发生分子组成或原子、离子等结 合方式的改变； （2）认 为物 理变化 不产生 质变 ，不生 成新物 质是 不准确 的，如： 1 2H+3 1H==4 2He+1 0n 是质变，产生了新元素，但属于物理变化的范畴； （3）化学变化也有基本粒子参加，如：2AgCl==2Ag+Cl2 就有光子参加； （4）物质 2. 无机化学：除去碳氢化合物及其大多数衍生物外，对所有元素和他们的化合 物的性质和反应进行研究和理论解释的科学。（莫勒提法） 3. 怎样学习无机化学？ （1） 你所积累的好的学习方法都适于学习无机化学。 （2） 课前预习，带着问题听课。提倡写预习笔记。 （3） 课上精力集中，边听边看边想边记，眼、耳、手、脑并用。 （4） 课后趁热复习，按时完成作业，及时消化，不欠账。 （5） 提高自学能力，讨论课积极发言。 （6） 随时总结，使知识系统化。达到书越读越薄之目的。 （7） 理论联系实际，做好化学实验
第一章原子结构和原子周期系 教学目标:1学会一个规则:斯莱特规则; 2掌握两个效应:屏蔽效应、钻穿效应; 3掌握三个原理:能量最低、保里不相容、洪特规则; 4掌握四个量子数:n、1、1、ms 5掌握五个分区:s、p、d、ds、f 6掌握六对概念 7掌握七个周期 8掌握八个主族八个副族。 重点:1.原子核外电子排布三个原理,核外电子的四个量子数 2.元素周期表的结构其及元素性质变化规律。 难点:屏蔽效应、钻穿效应概念及应用 教学方法:讲授与讨论相结合,做适量练习题和作业题 教学内容 §1-1经典物理学对原子结构的认识 1-1原子的核形结构 1708年卢瑟福通过α粒子散射实验确认:原子是由中央带正电的原子核和周 围若干绕核旋转的电子组成。遇到的问题:电子绕核运动,将不断辐射电磁 波,不断损失能量,最终将落到核上,原子因此而消亡实际与此相反,原子 是稳定存在的,急需找到理论解释 1-2原子光谱的规律性 1光谱一束光通过分光棱镜折射后再屏幕上得到一条彩带或线形亮条前者称 连续光谱后者称线形光谱太阳光电灯光为连续光谱原子光谱为线形光谱图1-1 R H 2氢原子光谱里德堡方程 RH=1.097×107Mln1<n2 n=2,n=3,4,5,6为可见光区四条谱线 §1-2玻尔的原子结构理论 玻尔假设(1913年): 1原子具有一系列能量不连续的定态定态时不辐射能量能量最低的定态为基态其 余为激发态 2频率规则原子中电子可以由一个定态跃迁至另一个定态这时电子吸收或辐射能 2
2 第一章 原子结构和原子周期系 教学目标：1.学会一个规则：斯莱特规则; 2.掌握两个效应：屏蔽效应、钻穿效应; 3.掌握三个原理：能量最低、保里不相容、洪特规则; 4.掌握四个量子数：n、l、l、ms 5.掌握五个分区：s、p、d、ds、f 6.掌握六对概念; 7.掌握七个周期; 8.掌握八个主族八个副族。 重点：1.原子核外电子排布三个原理，核外电子的四个量子数； 2.元素周期表的结构其及元素性质变化规律。 难点：屏蔽效应、钻穿效应概念及应用； 教学方法：讲授与讨论相结合，做适量练习题和作业题。 教学内容： §1-1 经典物理学对原子结构的认识 1-1 原子的核形结构 1708 年卢瑟福通过α粒子散射实验确认：原子是由中央带正电的原子核和周 围若干绕核旋转的电子组成。遇到的问题：电子绕核运动，将不断辐射电磁 波，不断损失能量，最终将落到核上，原子因此而消亡实际与此相反，原子 是稳定存在的，急需找到理论解释。 1-2 原子光谱的规律性 1光谱一束光通过分光棱镜折射后再屏幕上得到一条彩带或线形亮条前者称 连续光谱后者称线形光谱太阳光电灯光为连续光谱原子光谱为线形光谱图 1-1 2 氢原子光谱里德堡方程 RH=1.097×107 M-1 n1<n2 n1=2, n2=3,4,5,6 为可见光区四条谱线 §1-2 玻尔的原子结构理论 玻尔假设（1913 年）： 1原子具有一系列能量不连续的定态定态时不辐射能量能量最低的定态为基态其 余为激发态 2频率规则原子中电子可以由一个定态跃迁至另一个定态这时电子吸收或辐射能
量频率v=|ΔE丨h,h为普郎克常数3量子化规则在定态电子绕核运动的角 动量必须为h2π的整数倍 minh/2π电子绕核运动的向心力等于电子与原子核 间的静电引力即mv/r=ze24πar2可导出电子定态能量公式 En=2.18×10-18z/n2(J)或En=136zh(eV)例计算氢原子电离能I 解I=E=E1=0-(-2.18×1012)=2.18×10-18(J) §1-3微观粒子的波粒二象性 3-1光的波粒二象性 P12图1-3光的小孔衍射图 1905年爱因斯坦提出光子说认为具有波性干涉衍射的光也具有粒性光子有质量 m动量p能量ξ=mc 3-2微观粒子的波粒二象性 1924年,德布罗意提出实物粒子也具有波粒二象性,=hp=h/mv P13图1-4电子衍射图表明电子具有波性 例1-3(1)求300V的电压下加速电子的波长 (2)l0g以1000m.s-1飞行的子弹波长,说明了什么? -18 2ev2×1.6×10×300 =1.03×10 9.11×10 解(1)电子的速度 波长λ=hmv=6626×10-3419.11×1031×103××107=7.06×10-1(m) (2)子弹=h/mv=6626×10340.01×103=663×1035(m)(可忽略) 所以宏观物体其波长是可在忽略范围,宏观物体一般不研究波性作业P39-1 33测不准原理△xAPx≥h2m(微观粒子) 例1-4电子运动的速度约105ms1测定误差10%电子位置误差为多少? 解△x≥h2π△Px=h/2mm△v=626×10-34/2×3.14×9.1×10-31×106×0.1=1.2×10(m) §1-4氢原子和类氢离子(单电子体系)的结构 薛定谔方程 8丌2 +2)中v中E中 qxyz)o(r.o).o(nm)微波函数的表示方法 4-1四个量子数δ 解薛定谔方程时,引入三个量子数: 1主量子数n取值对应与电子层
3 量频率 v= ∣ΔE∣/h , h 为普郎克常数 3 量子化规则在定态电子绕核运动的角 动量必须为 h/2π的整数倍 mvr=nh/2π电子绕核运动的向心力等于电子与原子核 间 的 静 电 引 力 即 mv2 /r=ze24 π ξ 0r 2 可 导 出 电 子 定 态 能 量 公 式 En=-2.18×10-18z 2 /n2 (J)或 En=-13.6z2 /n2 (eV)例计算氢原子电离能 I 解 I=E∞-E1=0-(-2.18×10-12)= 2.18×10-18(J) §1-3 微观粒子的波粒二象性 3-1 光的波粒二象性 P12 图 1-3 光的小孔衍射图 1905 年爱因斯坦提出光子说认为具有波性干涉衍射的光也具有粒性光子有质量 m 动量 p 能量 ξ=mc2 3-2 微观粒子的波粒二象性 1924 年，德布罗意提出实物粒子也具有波粒二象性，λ=h/p=h/mv P13 图 1-4 电子衍射图表明电子具有波性。 例 1-3(1)求 300V 的电压下加速电子的波长 (2)10g 以 1000m.s-1 飞行的子弹波长,说明了什么? 解:(1)电子的速度 波长 λ=h/mv=6.626×10-34/9.11×10-31×1.03××107=7.06×10-11(m) (2)子弹 λ=h/mv=6.626×10-34/0.01×103=6.63×10-35(m) (可忽略) 所以宏观物体其波长是可在忽略范围,宏观物体一般不研究波性.作业:P39-1 3-3 测不准原理 ΔxΔPx ≥h/2π(微观粒子) 例 1-4 电子运动的速度约 106ms-1 测定误差 10%电子位置误差为多少? 解:Δx≥h/2πΔPx=h/2πmΔv=6.26×10-34/2×3.14×9.1×10-31×106×0.1=1.2×10-9 (m) §1-4 氢原子和类氢离子(单电子体系)的结构 薛定谔方程 φ(x.y.z) φ(r.θ.φ). φ(n.l.m)微波函数的表示方法. 4-1 四个量子数 δ 解薛定谔方程时,引入三个量子数: 1 主量子数 n 取值对应与电子层
n 4 5 电子层 作用: (1)决定原子轨道能量起主要作用n越大能量越高E=13.6/h2 (2)决定电子离原子核距离n越大离核越远 2角量子数L取值n一定L=0.1.2 作用 (1)多电子原子中和一起决定电子能级n同1越大,能量越高 (2)确定原子轨道的形状 0 符号 S 花瓣 复杂 3磁量子数m1)取值L一定m=0±1±2……(2n+1) 空间运动状态种类数 0 +10-1 PxPzPy +2+10-1-2 dxydxzdyzdz-dx2y 5 3 +3+2+10-1-2-3 f(t个 (2)作用决定原子轨道的空间取向 ψ(nlm)波函数也叫原子轨道函数简称原子轨道,是薛定谔方程的合理解所以 nlm三个量子数可确定原子轨道 4自旋量子数ms取值+12-12或用↑表示一个轨道可容纳两个电子,但自旋必须 相反.↑ 总之:决定原子核外电子能量需n(单电子体系只需n) 决定原子轨道需 n 1. mynI.m为波函数 决定电子轨道状态需n1mms四个量子数 4-2原子轨道的空间分布图: 1波函数 Wn. I m(voe中简称原子轨道 几率密度|wnm(v)2简称电子云 v=R(r)Y(θv)为径象部分(决定原子轨道大小) Y(y)为角度部分(决定原子轨道形状) 3Y(v)度部分图形P19-P21
4 n 1 2 3 4 5 6 7 电子层 K L M N O P Q 作用： (1)决定原子轨道能量起主要作用:n 越大能量越高;E=-13.6/n2 (2)决定电子离原子核距离 n 越大离核越远. 2 角量子数 L 取值:n 一定 L=0.1.2.…… 作用 (1)多电子原子中和一起决定电子能级:n 同 l 越大,能量越高; (2)确定原子轨道的形状 L 0 1 2 3 符号 S p d f 形状 球 哑铃 花瓣 复杂 3 磁量子数 m(1)取值 L 一定 m=0.±1.±2……(2n+1) L M 空间运动状态 种类数 0 0 s 1 1 +1 0 -1 PxPzPy 3 2 +2+10-1-2 dxydxzdyzdz2dx2y 2 5 3 +3+2+10-1-2-3 f(t 个) 7 (2)作用:决定原子轨道的空间取向. ψ(n.l.m)波函数也叫原子轨道函数,简称原子轨道,是薛定谔方程的合理解.所以 n.l.m.三个量子数可确定原子轨道. 4 自旋量子数 ms 取值+1/2.-1/2 或用↑↓表示一个轨道可容纳两个电子,但自旋必须 相反.↑↓ 总之: 决定原子核外电子能量需 n.l(单电子体系只需 n) 决定原子轨道需 n.l.mψn.l.m 为波函数 决定电子轨道状态需 n.l.m.ms 四个量子数. 4-2 原子轨道的空间分布图: 1 波函数 ψn.l.m(vφθ)中简称原子轨道 几率密度∣ψn.l.m(vφθ)∣2简称电子云 ψ=R(r).Y(θψ)为径象部分(决定原子轨道大小) Y(θψ)为角度部分(决定原子轨道形状) 3 Y(θψ)角度部分图形:P19~P21
y与y2区别原子轨道y图形(pd)胖,有+-对称性区别 电子云y2图形(pd)瘦,无+-对称性区别 补充43电子核外空间的径向分布函数D(r) 原子在原子核外距离r的一薄层球壳中的几率随半径变化时的分布情况 规律 1电子在核外空间出现总几率为1 2离核越近,几率密度越大 3几率最大处是距离核某一距离的球壳H的r=ao=529pm 4D(r)的峰值(极值)为(n)个 n 3-0=3个峰 3d 3-1=2个峰 3-2=1个峰 §1—5原子核外电子排布和元素周期表 5-1屏蔽效应和钻穿效应 1屏蔽效应: 把其它电子对选定电子的排斥作用,看作降低了部分核电荷的吸引作用,称为屏 蔽效应。 单电子体系E=136z/n2(eV)=2.18×10-18z/n2(J) 多电子体系E=136z2/n2(eV=-136(zo)(eV) σ为屏蔽常数,用斯莱特规则求之 核外电子分组:1s|2s2p|3s.3p|3d|4s4p|4d|4f|5s.5pl5dl5f… 1在j之后电子G=0 2与j同组电子G=0.35(1s为030) 3为nsnp电子,(n-1)层电子G=0.85(m-2)层以内=10 4为df电子,低组的电子=10 例C原子1s2:2p2各轨道能量是多少? 解:1sσls=0.3z1s=6-0.3=57 例2:求K原子3d4s轨道能量,第19个电子进入哪个轨道? 解:Ks2s2p53s23p64s或3d1
5 y 与 y 2 区别:原子轨道 y 图形(p.d)胖,有+.-对称性区别 电子云 y 2 图形(p.d)瘦,无+.-对称性区别 补充 4-3 电子核外空间的径向分布函数 D(r) 原子在原子核外距离 r 的一薄层球壳中的几率随半径变化时的分布情况 规律: 1 电子在核外空间出现总几率为 1 2 离核越近,几率密度越大 3 几率最大处是距离核某一距离的球壳 H 的 r=ao=52.9pm 4D(r)的峰值(极值)为(n-l)个 §1—5 原子核外电子排布和元素周期表 5-1 屏蔽效应和钻穿效应 1 屏蔽效应： 把其它电子对选定电子的排斥作用，看作降低了部分核电荷的吸引作用，称为屏 蔽效应。 单电子体系 E=-13.6z2 /n2 (eV)=-2.18×10-18 z 2 /n2 (J) 多电子体系 E=-13.6z2 /n2 (eV)=--13.6(z-σj) (eV) σ 为屏蔽常数，用斯莱特规则求之 核外电子分组：1s∣2s.2p∣3s.3p∣3d∣4s.4p∣4d∣4f∣5s.5p∣5d∣5f…… 1 在 j 之后电子 σij=0 2 与 j 同组电子 σij=0.35(1s 为 0.30) 3j 为 ns.np 电子，(n-1)层电子 σij=0.85 (n-2)层以内 σij=1.0 4j 为 d.f 电子，低组的电子 σij=1.0 例 1C 原子 1s22s22p2 各轨道能量是多少？ 解：1s σ1s=0.3 z* 1s=6-0.3=5.7 例 2：求 K 原子 3d.4s 轨道能量，第 19 个电子进入哪个轨道？ 解： K1s22s22p63s23p6 4s1 或 3d1 n l 3s 3-0=3 个峰 3p 3-1=2 个峰 3d 3-2=1 个峰