《基础化学 Fundamentals in Chemistry》课程教学课件（分子形状与结构 The Shapes and Structures of Molecules）Part I 原子、分子的电子结构与化学反应（The Electronic Structure of Atoms and Molecules and Chemical Reactions）Chapter 1 原子的电子结构（The Electronic Structure of Atoms）

引言任何物种（原子、分子或离子）的化学反应性都归因于其电子结构。文满壳层--价层电子组态ns?npi）情性气体原子He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn仅比Ne少一个电子，但反应性极强，可与几乎所有元素形成化合物！i)F原子(2s22p5)例如:XeF,(x=2,4,6)、KrF2,HArF[l)（哪些元素暂时例外？）与惰性元素Ne等电子，反应性比原子弱得多！ii）F-离子、本部分课程目标：了解原子、分子电子结构，进而预测分子的几何结构、形状及其化学反应行为。[1l M. Rasanen et al, Nature, 2000, 406,874-876. (observed by IR in solid Ar matrix at 7.5 K!)

 本部分课程目标：了解原子、分子电子结构，进而预测分子的几何结构、形状及其化 学反应行为。 iii）F– 离子  任何物种(原子、分子或离子)的化学反应性都归因于其电子结构。 i) 惰性气体原子He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn 为何具惰性？ 与惰性元素Ne等电子，反应性比原子弱得多! ii) F原子 (2s22p5 ) 仅比Ne少一个电子，但反应性极强，可与几乎所有元素形成化合物！ 例如：XeFx (x=2,4,6)、KrF2，HArF[1]. (哪些元素暂时例外?） 引言 满壳层-价层电子组态ns2np6 [1] M. Räsänen et al, Nature, 2000, 406,874-876. (observed by IR in solid Ar matrix at 7.5 K!)

Contents第一章原子结构（TheElectronicStructureofAtoms）第二章分子结构（TheElectronicStructureofMolecules）第三章化学反应（Reaction）JK&PW'sbook

Contents 第一章 原子结构 (The Electronic Structure of Atoms) 第二章 分子结构 (The Electronic Structure of Molecules) 第三章 化学反应 (Reaction） JK&PW’s book

第一章原子结构原子核＋核外电子云，电子云仅仅是描述运动电子在空间各处出现的概（几）率分布的一种形象化比喻！。中学课本/老师误用“原子轨道电子云重叠”来描述成键！！二、O键和T键例如：B站“彭老师化学课1.根据电子云的重叠形式对共价键进行分类https://www.bilibili.com/video/BV1键→成键时，原子轨道以“头碰头共价键方式重叠形成共价键2E411L7R8/T键→成键时，原子轨道以“肩并肩”方式重叠形成共价键2.O键S-SO键D原子核：核电荷数确定了元素类型O键s-PO键核外电子：能量量子化，原子轨道与波函数，价层电子参与成键和化学反应！测量原子中电子的能量分布：原子光谱、光电子能谱

 原子核 + 核外电子云 第一章 原子结构  原子核：  核外电子：  测量原子中电子的能量分布： 核电荷数确定了元素类型 能量量子化，原子轨道与波函数，价层电子参与成键和化学反应！ 原子光谱、光电子能谱 • 电子云仅仅是描述运动电子在空间各处出现的概(几)率分布的一种形象化比喻！ • 中学课本/老师误用“原子轨道电子云重叠”来描述成键！! 例如： B站“彭老师化学课” https://www.bilibili.com/video/BV1 2E411L7R8/

1.1原子中电子能级与光电子能谱一光电子能谱（photoelectronspectroscopy，PES）可以获取原子中电子的能量信息。◆用合适能量的光(射线~102-104eV或紫外光~3.3-102eV)照射样品，使电子摆脱核束缚电离出来。◆通过分析发射电子（亦称光电子）的动能（E）可获得其在原子中的能量信息。电离能(ionizationenergy,IE)或电子PhotoelectronX++ e(E)束缚能(electron binding energy,BE)X-raysE把原子中某能级电子电离到真空所需X+ + e(E, =0)的最低能量。hv-Ek=IhvHe(1s2)>Het(1s1)+IisElectrons282p24.6I(eV)5040302010注：这些环线并非电子运动轨迹电子能级X原子仅仅意指电子能级相对高低！Q：原子中电子的能级越低，电离能越大

光电子能谱 (photoelectron spectroscopy, PES) 可以获取原子中电子的能量信息。 1.1 原子中电子能级与光电子能谱 hv Ek 电离能(ionization energy, IE) 或电子 束缚能(electron binding energy, BE): 把原子中某能级电子电离到真空所需 的最低能量。 用合适能量的光(x射线~102 -104eV或紫外光~3.3-102eV)照射样品，使电子摆脱核束缚电离出来。 通过分析发射电子(亦称光电子) 的动能(Ek )可获得其在原子中的能量信息。 X+ + e – (Ek ) X 原子 h X+ + e – (Ek =0) = Ii Ek 注：这些环线并非电子运动轨迹， 电子能级i 仅仅意指电子能级相对高低！ I (eV) 24.6 He(1s2 ) He+ (1s1 ) + I1s Q: 原子中电子的能级越低，电离能越 大？

He、Ne、Ar原子光电子能谱He1sHe(1s2)Q：需要哪类光来5020104030测得该电离峰？NeNe(1s22s22p6)价层有？个亚层能级！Tens ofev束缚能高1s2p价层和内层间能差？2s5088087086040302010Ar1s22s2 2p6 3s23p6Ar3p2p能差小2stensofeV1shundreds能差大3200eV3sofev价层电子能量最高且大致相近34033032026025024040302010

2s 2p Q: 需要哪类光来 测得该电离峰？ Ar 价层有？个亚层能级！ 价层和内层间能差 ？ 价层电子能量最高且大致相近 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 能差小 能差大 He(1s2 ) He、Ne、Ar原子光电子能谱 束缚能高 Tens of eV Ne(1s22s22p6 )