《化学第二章》PPT课件

重 点 ： 四 个 量 子 数 和 核 外 电 子 排 布 规 则 、 化 学 键 极 性 的 比 较 ， 配 位 化 合 物 命 名 。司 法 化 学 中 涉 及 的 化 合 物 的 性 质 及 应 用 。难 点 ： 四 个 量 子 数 和 电 子 排 布 式 的 书写 。 元 素 在 周 期 表 中 的 位 置 ， 由 元 素 原 子 的 结 构 决 定 ，而 元 素 原 子 的 结 构 又 决 定 了 元 素 的 性 质 ， 即 元 素 的 性 质是 元 素 在 元 素 周 期 表 中 位 置 的 外 在 反 映 。 1 第 一 节 原 子 的 结 构一 、 化 学 元 素 周 期 表 2 3 门 捷 列 夫 化 学 元 素 周 期 表 新 添 两 个 元 素 ， 位 次 分 别 为 114和116。 鉴 于 两 个 元 素 尚 未 永 久 命 名 ， 暂 以 元 素 114和 元 素 116代 称 。 这 两 个 元 素 尽 管 “ 生 命 ” 周 期 在 现 实 世 界 中 只 能 以 秒 计 ， 科学 地 位 却 得 以 永 恒 。 与 座 次 靠 前 的 碳 、 金 、 锡 等 元 素 不 同 ， 元 素114和 元 素 116在 现 实 世 界 中 瞬 间 即 逝 。 前 者 的 衰 变 期 为 几 秒 钟 ，后 者 的 衰 变 期 只 有 几 分 之 一 秒 。 两 个 新 元 素 均 非 自 然 存 在 ， 由 实验 室 “ 合 成 ” 。 美 国 和 俄 罗 斯 科 学 家 团 队 在 实 验 室 借 助 钙 离 子高 速 撞 击 钚 原 子 或 锔 原 子 得 到 元 素 114和 元 素 116， 年 代 分 别 为2004年 和 2006年 。 11211111010910810710610510489-103 80797877767574737257-71 48474645444342414039 30292827262524232221 868584838281 545352515049 363534333231 181716151413 1098765 28887 5655 3837 2019 1211 4317654 1882MLk3 82LK2 2K1元素周期表IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA零族IIIB IVB VB VIB VIIB VIII IB II B主族周期副族过渡元素族：具有相同的最外层电子数的列周期：具有相同的电子层数的行主 族 序 数 =最 外 层 电 子 数 =主 族 元 素 最 高 正 价 数原 子 序 数 ： 根 据 元 素 在 周 期 表 中 位 置 的 编 号原子序数质子数核外电子数 5 它 们 分 别 有 几 个 电 子 层 ？ 位 于 第 几 周 期 ？ 例 1： 已 知 碳 元 素 、 镁 元 素 和 溴 元 素 的 原 子 结 构 示 意 图 ： 7 碳 有 两 个 电 子 层 ， 位 于 第 二 周 期 ; 镁 有 三 个 电 子 层 ， 位 于 第 三 周 期 ; 溴 有 四 个 电 子 层 ， 位 于 第 四 周 期 。 8 1s2 2s2 2p6 3s1 9 Na的 原 子 结 构 示 意 图Na 的 核 外 电 子 排 布 图Na 的 核 外 电 子 轨 道 排 布 图 图 中 圆 圈 内 填 入 +11， 表 示 原 子 核 内 有 11个 质 子 ， 弧 线就 表 示 电 子 在 核 外 一 定 距 离 的 空 间 (设 想 是 球 形 )， 弧 线上 的 数 字 表 示 电 子 数 。 多 电 子 原 子 里 电 子 是 分 层 运 动 的 ， 核 外 电 子 根 据 能量 的 差 异 和 通 常 运 动 的 区 域 离 核 的 远 近 不 同 ， 分 属 于 不同 的 电 子 层 。 10 11 二 、 电 子 的 空 间 运 动 状 态 与 四 个 量 子 数 （ 一 ） 量 子 数 决 定 电 子 运 动 的 能 量 和 方 向 的 无 量 纲 的 数 。 主 量 子 数 （ n） ， 角 量 子 数 （ L） ， 磁 量 子 数 （ m） ， 自 旋 量 子 数 （ ms） 。 12 13 3个 量 子 数 的 物 理 意 义主量子数n 确 定 原 子 中 电 子 的 能 量 和 离 核 的 距 离 。 元 素 所在 的 周 期 数 。 （ n的 取 值 : 1,2,3, n 等 正 整 数 ）电 子 层 数 n： 1 2 3 4 5 6 7 光 谱 学 符 号 ： K L M N O P Q将 具 有相同n值的 各 原 子 轨 道 称 为同一电子层轨 道 。如 ： 3s、 3p、 3d 同 属 于 M电 子 层 14 角量子数 L 决 定 原 子 轨 道 的 形 状 （ 球 形 、 8字 形 、 花 瓣 形 等 ） 取 值 : 0， 1， 2， 3,（ n 1） 将 同 一 电 子 层 中 具 有 相 同 L 值 的 各 原 子 轨 道 称为 同 电 子 亚 层 轨 道 。 L： 0 1 2 3 电 子 亚 层 ： s p d f 对于给定的主量子数n来说，可有n个不相同的角量子数L。 如：主量子数 n=3， L = 0、1、2如 ： 3dxy、 3dyz、 3dxz 同 属 于 M电 子 层 的 d 亚 层 原 子 轨 道 ： 把 电 子 出 现 的 几 率 相 等 的 地 方 联 接 起来 ， 称 为 等 密 度 面 ， 如 果 这 个 等 密 度 面 包 括 电 子 出 现的 总 几 率 在 95%以 上 ， 这 个 电 子 运 动 的 空 间 范 围 就 称为 原 子 轨 道 。 原 子 轨 道 也 可 以 理 解 为 具 有 一 定 形 状 和 伸 展 方 向的 电 子 云 所 占 据 的 空 间 。 电 子 云 不 仅 有 确 定 的 形 状 ，而 且 有 一 定 的 伸 展 方 向 。 电 子 云 的 每 一 种 伸 展 方 向 就是 一 个 原 子 轨 道 。 15 16 x yz z x z xys px pypz xzy xz y zydxy dxzdyz d dx y2 2- z2_图1 s ， p ， d 的原子轨道的角度分布 原子轨道 电子云 （ 1） 原 子 轨 道 角 度 分 布 图 有 正 、 负 号 之 分 ；（ 2） 3个 p轨 道 的 角 度 分 布 图 形 状 相 同 ， 只 是 空 间 取 向 不同 ；（ 3） 5个 d轨 道 的 角 度 分 布 图 形 状 相 似 ， 并 且 空 间 取 向 不同 。（ 4） 电 子 云 的 角 度 分 布 图 与 原 子 轨 道 的 角 度 分 布 图 形 状相 似 ， 但 有 两 点 区 别 ： 电 子 云 角 度 分 布 图 要 “ 瘦 ” 一 些 ； 电 子 云 角 度 分 布 图 没 有 正 、 负 号 之 分 。 18 19 磁量子数m 决 定 原 子 轨 道 在 空 间 的 伸 展 方 向 ， m与 能 量 无 关 。 取 值 : 0， 1， 2, L,有 2L +1个 m值 ， 与 角 量 子 数 L有 关 ！ 如 ： L=1, 为 p轨 道 ,m值 可 取 0、 +1、 -1， 有 三 种 不 同 取 向 : px， py， pz， 三 者 的 能 量 是 相 同 的 。 L 相 同 时 ,因 m不 同 ， 原 子 轨 道 可 能 有 不 同 的 伸 展 方 向 再 如 ： d轨 道 ， L =2, m值 可 取 0、 +1、 -1、 +2、 -2 五 个 值 ， 有 五 种 不 同 取 向 ： 3d xy、 3dyz、 3dxz、 这 五 个 轨 道 的 能 量 是 相 同 的 。 n、 L相 同 , m 不 同 的 原 子 轨 道 称 简 并 轨 道 。222 3,3 yxz dd 20 L m空间运动状态数0 0 s 轨道 一种1 +1,0,1 p 轨道 三种2 +2,+1,0,1,2 d 轨道 五种3 +3,+2,+1,0,1,2,3 f 轨道 七种每 一 电 子 层 共 有 n2个 原 子 轨 道 21 自 旋 量 子 数 ms 电 子 的 自 旋 有 两 种 状 态 ， 即 表 示 填 充 在 轨 道 中 电 子 的 自 旋方 向 ， 因 此 ， ms的 取 值 只 有 两 个 ： 和21 21一 般 用 向 上 或 向 下 的 箭 头 来 表 示 ： 、 1.主量子数n决定原子轨道离核的远近，并在确定电子运动能量时起最主要作用。2.角量子数L决定原子轨道运动的形状，并在多电子原子中与主量子数一起确定电子运动能量。L n13.磁量子数m决定原子轨道在空间伸展方向。 m 2L+1 4.自旋量子数ms决定原子轨道内的电子的自旋方向，其取值只有两个ms 因 此 ， 按 四 个 量 子 数 间 的 关 系 ， 可 以 确 定 每 一 电子 层 中 可 能 存 在 的 电 子 运 动 状 态 数 ， 即 每 一 电 子 层 中的 电 子 数 目 。 一 个 电 子 的 运 动 状 态 要 由 n、 L、 m、 m s 四 个 量 子 数 才 能 完 全 确 定 下 来 ！12 23 主量子数 n 1 2 3 4电子层 K L M N角量子数 L 0 1 2 3电子亚层 s p d f每个亚层中轨道数目1 3 5 7每个电子层最多容纳的电子数2 8 18 2n2每个亚层最多 容纳电子数2 6 10 14 24 1、 核 外 电 子 是 分 层 排 列 的 ,从 里 到 外 1,2,3,4,5,6,7。 2、 第 一 层 最 多 2个 电 子 ,第 二 层 最 多 8个 电 子 ,最 外 层不 超 过 8个 电 子 ， 倒 数 第 二 层 不 超 过 18个 电 子 ， 倒 数第 三 层 最 多 不 超 过 32个 电 子 。 3、 最 外 层 8个 电 子 的 结 构 叫 做 稳 定 结 构 （ 特 殊 的 是稀 有 气 体 中 的 氦 是 最 外 层 2个 电 子 ） 。 最 外 层 不 超 过8个 。 2 182 18 2 22.179 10 (J)1 12.179 10 (J) 13.6 (ev)zE n n n （ 一 ） 近 似 能 级 图 26电 子 填 充 轨 道 的 能 级 顺 序 图 27 L相 同 时 ， n 值 越 大 ， 轨 道 的 能 量 越 高 。 如 ： E1s E2s E3s； n相 同 时 ， L值 越 大 ， 轨 道 的 能 量 越 高 。 如 ： E3s E3p E3d； n、 L皆 不 同 时 ， 出 现 “ 能 级 交 错 ” 现 象 如 ： E4s E3d E6s E4f E5d E4s， E5sE5dE4fE6s 28 能 级 交 错 ： 这 种 n值 大 的 原 子 轨 道 的 能 量 反 而 比 n 值 小 的 轨 道 能 量 低 的 现 象 称 为 能 级 交 错 。 即 原 子 轨 道 能 量 高 低 次 序 与 电 子 层 次 序 不 一 致 的 现 象 。 29 多 电 子 原 子 中 ， 任 一 电 子 的 受 力 情 况 : （ 二 ） 屏 蔽 效 应 与 钻 穿 效 应1. 屏 蔽 效 应 原 子 核 的 吸 引其 它 电 子 的 排 斥 这 种 将 其 它 电 子 对 某 个 电 子的 排 斥 作 用 ， 归 结 为 抵 消 一 部 分核 电 荷 的 作 用 ， 称 为 屏 蔽 效 应 。在 原 子 中 ， 如 果 屏 蔽 效 应 大 ， 就 会 使 电 子 受 到的 有 效 核 电 荷 减 少 ， 因 而 电 子 具 有 的 能 量 就 增 大 。屏 蔽 效 应 E 30 2.钻 穿 效 应钻 穿 效 应 ： 这 种 由 于 电 子 钻 穿 而 引 起 能 量 变 化 的现 象 。 钻 穿 ： 电 子 渗 入 原 子 内 部 空 间 而 更 靠 近 原 子 核 的 本 领 。钻 穿 的 结 果 ： 降 低 了 其 它 电 子 对 它 的 屏 蔽 作 用 ，起 到 了 增 加 有 效 核 电 荷 Z*， 降 低 轨 道 能 量 的 作 用 。 31对 于 n相 同 的 电 子 ， 钻 穿 效 应 : ns np nd 则 能 量 : ns np nd r (ao) D钻 穿 效 应 的 大 小 可 从 核 外 电 子 的 径 向 分 布 函 数 图 看 出钻 穿 效 应 ED(r) 的 物 理 意 义 ： 在 半 径 为 r 处 单 位 厚 度 薄 球 壳 内 出 现 电 子几 率 。 1s 轨 道 的 电 子 云 径 向 分 布 在 r=a。 处 出 现 极 大 值 ； 随 主量 子 数 n的 增 大 ， s 轨 道 电 子 云 径 向 分 布 最 大 值 处 离 核 的 距 离逐 渐 增 大 ， 但 内 部 仍 然 存 在 小 峰 。径 向 分 布 函 数 的 特 点 是 ： 具 有 ( n L)个 峰 ， L 值 越 小 的 轨 道 ， 其 主 峰 前 面 的 小峰 越 多 ， 电 子 在 内 层 出 现 的 几 率 越 大 。 32能 级 交 错 ： ns (n-1)d4s n L 有 较 强 钻 穿 效 应 ， 易 靠 近 核 r E3d n L 离 核 远 钻 穿 屏 蔽 E （ 2） 徐 光 宪 近 似 规 律 多 电 子 原 子 的 外 层 轨 道 的 能 量 次 序 按 (n + 0.7L) 值 的 大 小 来 确 定 。 ( n+ 0.7L ) 值 越 大 , 能 级 越 高 ; 对 于 离 子 的 外 层 电 子 , ( n+ 0.4L ) 值 越 大 , 能 级 越 高 ; 对 于 原 子 或 离 子 来 说 , 能 级 高 低 基 本 上 由 主 量子 数 确 定 。 33 主量子数 角量子数如 ： 4s 和 3d 两 个 轨 道 ， 它 们 的 (n + 0.7L)值 分 别 为4.0和 4.4， 因 此 ： E4s E3d。 再 如 ： 4f 和 6s两 个 轨 道 ， 它 们 的 (n + 0.7L)值 分 别为 6.1和 6.0， 因 此 ： E 6s E4f 34能 级 组 ： 原 子 中 (n+0.7L) 值 整 数 部 分 相 同 的 一 组 原 子 轨 道 。 轨 道 L n+0.7L 能 级 组 轨 道 L n+0.7L 能 级 组 1s 0 1.0 一 5s 0 5.0 五 2s 0 2.0 二 4d 2 5.4 五 2p 1 2.7 二 5p 1 5.7 五 3s 0 3.0 三 6s 0 6.0 六 3p 1 3.7 三 4f 3 6.1 六 4s 0 4.0 四 5d 2 6.4 六 3d 2 4.4 四 6p 1 6.7 六 4p 1 4.7 四 7s 0 7.0 七 多 电 子 原 子 轨 道 能 级 次 序 35 36 例 ： K原 子 的 电 子 层 结 构 为 ：而 不 是 ： 162622 333221 dpspss 162622 433221 spspss 37 2、 泡 利 不 相 容 原 理 ： 在 同 一 轨 道 上 最 多 只 能 容 纳 两个 自 旋 方 向 相 反 的 电 子 。 或 说 ： “ 同 一 原 子 中 ， 不可 能 有 4 个 量 子 数 完 全 相 同 的 2 个 电 子 同 时 存 在 。 例 ： 用 于 描 述 氟 （ F） 原 子 最 外 层 电 子 位于 原 子 轨 道 2p的 各 量 子 数 值 为 ： n=2， L=1， m=1或 0或 -1， ms= 或 。F的 最 外 层 电 子 排 布 式 ： 2p5 2p 每 个 电 子 层 最 大 电 子 容 量 为 ： 2n2 个12 12 书 写 时 ， 电 子 排 布 式 中 的 内 层 电 子 排 布 可 用 相 应的 稀 有 气 体 的 元 素 符 号 加 方 括 号 来 表 示 ， 以 简 化 电 子排 布 式 。 以 稀 有 气 体 的 元 素 符 号 加 方 括 号 的 称 为 “ 原子 实 ”。 原 子 实 He:1s2Ne:1s2 2s2 2p6Ar:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6Kr:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 38 39 v原 子 核 外 电 子 排 布 式 = 电 子 构 型 2362622 4333221 sdpspss V原 子 ， Z = 23, 例 ： 3262622 3433221 dspspss注 意 ： 可 按 电 子 层 的 次 序 写 ！Z： 为 原 子 的 核 电 荷 数 （ 等 于 原 子 序 数 ） 11062622 4333221 sdpspss 2962622 4333221 sdpspss Cu原 子 ， Z=29 40 Cr： 1562622 4333221 sdpspss 3d3d而 不 是 ： 1562622 4333221 sdpspss 2462622 4333221 sdpspss Cr原 子 ， Z=24 41 例 ： C原 子 核 外 电 子 排 布 式 为 ：3、 洪 特 规 则 ： 在 同 一 亚 层 的 各 个 轨 道 （ 等 价 轨道 ） 上 ， 电 子 的 排 布 将 尽 可 能 分 占 不 同 的 轨 道 ，并 且 自 旋 方 向 相 同 。 (针 对 p、 d、 f） )22(221 11222 yx pppss 或 ： 42 N原 子 核 外 的 电 子 排 布 )222(221 111322 zyx ppppss 全 空 p0 d0 f0 半 充 满 p3 d5 f7 全 充 满 p 6 d10 f14 43 洪 特 规 则 的 特 例 ： 例 如 Mn 原 子 3d 轨 道 中 的 5 个 电 子 按 下 面 列 出的 方 式 (a)， 而 不 是 按 方 式 (b)排 布 。 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2 (b) Ar (a) Ar 3d 4s等 价 轨 道 在全 充 满 、 半充 满 或 全 空的 状 态 是 比较 稳 定 的 44 以 铬 为 例 ：1.铬 原 子 核 外 有 24个 电 子 ， 可 以 填 满 1s至 4s所 有 的轨 道 ， 还 剩 余 4个 填 入 3d轨 道 ： 1s22s22p63s23p64s23d42.由 于 半 充 满 更 稳 定 ， 排 布 发 生 变 化 ： 1s22s22p63s23p64s13d53.除 了 6个 价 电 子 之 外 ， 其 余 的 电 子 一 般 不 发 生 化 学反 应 ， 于 是 简 写 为 ： Ar4s13d54.这 里 ， 具 有 氩 的 电 子 构 型 的 那 18个 电 子 称 为 “ 原子 实 ” 。 一 般 把 主 量 子 数 小 的 写 在 前 面 ： Ar3d 54s1 45 各 元 素 的 基 态 电 子 排 布 （ 电 子 构 型 ） 必 须 由 光 谱实 验 结 果 确 定 ； 光 谱 实 验 结 果 证 明 多 数 元 素 原 子 基 态的 电 子 构 型 符 合 上 述 3项 排 布 规 则 ， 但 周 期 系 有 十 几种 元 素 (如 某 些 原 子 序 数 较 大 的 过 渡 元 素 和 镧 系 、 锕系 中 的 某 些 元 素 ） 的 电 子 层 结 构 不 符 合 上 述 三 个 排 布原 则 ： 特 例 ： 78Pt铂 Xe4f145d96s1而 不 是 4f145d106s0也 不 是 4f145d86s2 电 子 在 原 子 轨 道 中 的 排 布 方 式 称 为 电 子 层 结 构 ，简 称 电 子 构 型 。 电 子 构 型 的 表 示 形 式 有 三 种 ：（ 1） 轨 道 表 示 式 例 如 镁 原 子 的 轨 道 表 示 式 为 ： 或 1s 2s 2p 3s 1s 2s 2p 3s （ 2） 电 子 排 布 式 它 是 在 亚 层 符 号 的 右 上 角 用 数 字注 明 所 排 列 的 电 子 数 目 。 镁 原 子 的 电 子 排 布 式 为 ： 1s22s22p63s2或 Ne3s2 （ 3） 价 电 子 层 结 构 式 价 电 子 层 结 构 指 的 是 价 电 子（ 即 外 层 电 子 =能 参 与 成 键 的 电 子 ） 所 排 布 的 电 子 层结 构 。 46 成 对 的 电 子 未 成 对 的 电 子4.电 子 构 型 47 主 族 元 素 最 外 层 电 子副 族 元 素 最 外 层 电 子 (n -1)层 d 轨 道 电 子镧 、 锕 系 元 素 最 外 层 电 子 (n -2)层 f 轨 道 电 子外 层电 子例 ： C Mg Cr Cu U 2s22p2 3s2 3d54s1 3d104s1 5f 36d17s2外 层 电 子 = 价 电 子 最 外 层 电 子 48 原 子 失 去 电 子 变 成 离 子 时 ， 按 电 子 层 次 序 先 失 去 最外 层 电 子 。 失 电 子 的 顺 序 按 轨 道 （ n+0.4L） 值 的 大 小 来 确 定 ，其 值 大 的 轨 道 上 的 电 子 先 失 去 。如 ： 3d轨 道 ： n+0.4L= 3 + 0.4 2 = 3.8 4s轨 道 ： n+0.4L = 4 + 0.4 0 = 4.0 Fe 1s22s22p63s23p63d64s2 Fe2+ 1s22s22p63s23p63d6 （ 正 确 ） 1s22s22p63s23p63d44s2 （ 错 误 ） Fe 3+ 1s22s22p63s23p63d5 （ 正 确 ） （ 4） 离 子 的 电 子 层 结 构 （ 主 要 指 离 子 的 外 层 电 子 构 型 ） 49 简 单 的 负 离 子 ： 8电 子 结 构 (如 ;F ,Cl ,O2 等 ) 简 单 正 离 子 : 有 多 种 构 型 ， 如 下 所 列 ： 2电 子 构 型 (ns2) ： Li+、 Be2+ （ s区 ） 8电 子 构 型 (ns2np6)： Na+、 Mg2+、 Al3+ （ s、 p区 ） 18电 子 构 型 (ns2np6 nd10 ) ： Zn2+、 Hg2+、 Ga3+、 Cu+（ ds区 、 p区 ） 18+2电 子 构 型 (n-1)s2(n-1)p6 (n-1)d10ns2 ： Pb 2+、 Sn2+ （ p区 ） 9 17电 子 构 型 (ns2np6 nd1-9) ： Fe2+、 Cr3+、 Cu2+ （ d区 ） 50 周 期 表 中 位 置 外 层 电 子 构 型 分 区 A、 A ns12 s A A、 0族 ns2np16 p B B、 (n-1)d 19ns12 d B、 B (n-1)d 10ns12 ds镧 系 、 锕 系（ 包 括 镧 、 锕 ） (n-2)f 114(n-1)d 02ns2 f 5、 电 子 层 结 构 与 元 素 周 期 表 51 1 18 A 2 13 14 15 16 17 01 A A A A A A2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 123 B B B B B B B4567 s 区 d 区 ds 区 p 区 镧 系锕 系 f 区 周期族 周 期 表 分 区 示 意 图 52如 ： Fe原 子 ， Z=26, 1s22s22p63s23p63d64s2 ,第 4周 期 (1) 周 期周 期 ： 元 素 周 期 表 中 的 每 一 行 。 目 前 共 有 7个 周 期周 期 数 = 电 子 层 数 = 最 后 一 个 电 子 所 处 的 能 级 组 数每 一 周 期 容 纳 的 元 素 数 目 = 相 应 能 级 组 所 能 容 纳的 电 子 数 53 1 1s 2 2 (特 短 周 期 ) 2 2s2p 8 8 (短 周 期 ) 3 3s3p 8 8 (短 周 期 ) 4 3d4s4p 18 18 (长 周 期 ) 5 4d5s 5p 18 18 (长 周 期 ) 6 4f5d 6s6p 32 32 (特 长 周 期 ) 7 5f6d 7s7p 32 32 (未 完 周 期 )周 期 能 级 组 能 级 组 容 纳电 子 数 周 期 容 纳元 素 个 数 54 元 素 所 在 族 数 与 元 素 原 子 的 外 层 电 子 构 型 有 关 系A 族 B族 、 B族 族 数 等 于 元 素 原 子 的 最 外 层 电 子 数 ；最 外 层 电 子 数 与 次 外 层 d 轨 道 电 子 数 之 和为 8 10（ 即 价 电 子 数 为 8 10） （ 有 三 列 ） 族 B族 B族 族 数 等 于 最 外 层 电 子 数 与 次 外 层 d 轨 道 电 子 数 之 和 （ 即 等 于 价 电 子 数 ） 零 族 最 外 层 电 子 数 为 8（ He为 2） 。(2) 族 55 2Na (s) + Cl2 (g) 2NaCl (s) 第 二 节 分 子 的 结 构 和 性 质分 子 : 保 持 物 质 化 学 性 质 的 最 小 微 粒 ， 参 加 化 学 反 应 的 基 本 单 元 。 56 57 离 子 键 ： 当 活 泼 金 属 元 素 (如 碱 金 属 、 碱 土 金 属 )的 原 子 和 活 泼的 非 金 属 元 素 (如 卤 素 )的 原 子 相 互 接 近 时 ， 前 者 失 去 最 外 层 电 子 而成 阳 离 子 ， 后 者 获 得 电 子 而 成 阴 离 子 。 阴 、 阳 离 子 之 间 由 于 静 电 引力 而 相 互 吸 引 的 化 学 键 。 金 属 原 子 带 正 电 的 正 离 子 实 质 ： 非 金 属 原 子 带 负 电 的 负 离 子 静电引力 )33(Cl)33(Cl )22(Na)3(Na 62-e52 62e1 psps pss ClClNa - aN 1 离 子 键1.1 离 子 键 的 形 成 58 1.2 形 成 离 子 键 的 条 件两 种 原 子 间 电 负 性 相 差 较 大 ， 一 般 要 相 差 1.7以 上 。 元 素 的 电 负 性 ： 分 子 中 原 子 吸 引 电 子 的 能 力 称 为 电 负 性 ， 元素 的 电 负 性 是 相 对 值 ， 它 是 以 最 活 泼 的 非 金 属 F为 基 准 ， 其 它元 素 与 F相 比 较 而 得 到 的 对 应 的 电 负 性 。 鲍 林 提 出 的 标 度 。 根据 热 化 学 数 据 和 分 子 的 键 能 ， 指 定 氟 的 电 负 性 为 4.0， 计 算 其 他元 素 的 相 对 电 负 性 。 元 素 电 负 性 的 大 小 ， 不 仅 能 说 明 元 素 的 金 属 性 和 非 金 属 性 ，而 且 对 讨 论 化 学 键 的 类 型 ， 元 素 的 氧 化 数 和 分 子 的 极 性 等 都 有密 切 关 系 。 原 子 的 电 负 性 越 大 ， 吸 引 电 子 的 能 力 越 强 。 59 Li Be H B C N O F 1.0 1.5 2.1 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Na Mg Al Si P S Cl 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.5 3.0 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br 0.8 1.0 1.3 1.5 1.6 1.6 1.5 1.8 1.8 1.9 1.9 1.6 1.6 1.8 2.0 2.4 2.8 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 1.9 2.2 2.2 2.2 1.9 1.7 1.7 1.8 1.9 2.1 2.5 Cs Ba La Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At 0.7 0.9 1.1 1.2 1.3 1.5 1.7 1.9 2.2 2.2 2.2 2.4 1.9 1.8 1.8 1.9 2.0 2.2 Fr Ra Ac Th Ha U Np No 0.7 0.9 1.1 1.3 1.4 1.4 1.4 1.3 60 电 负 性 的 应 用 a. 判 断 元 素 的 金 属 性 和 非 金 属 性b. 判 断 氧 化 物 的 酸 碱 性c. 判 断 化 学 键 的 性 质 和 键 的 极 性规 律 ： 电 负 性 最 小 为 0.7（ Cs、 Fr） ； 最 大 为 4.0（ F） 。 元 素 的 电 负 性 越 大 ， 非 金 属 性 越 强 。 电 负 性 小 于 2.0的 元 素 一 般 是 金 属 元 素 。 61 2 共 价 键2.1 价 键 理 论 1. 共 价 键 的 形 成共 价 键 ： 通 过 共 用 电 子 对 所 形 成 的 化 学 键 。 键 和 键非 极 性 键 和 极 性 键 （ 由 元 素 的 电 负 性 来 判 别 ） 如电 子 对 不 是 平 均 共 有 而 偏 向 于 某 一 原 子 时 ， 即 成为 极 性 共 价 键 (或 简 称 极 性 键 )。 极 性 键 因 其 电 子对 偏 向 的 程 度 不 同 又 可 分 为 强 极 性 键 和 弱 极 性 键 。 配 位 共 价 键 62 2.2 价 键 理 论 基 本 要 点1 组 成 分 子 的 两 原 子 必 须 具 有 单 电 子 ， 而 且 参 与 成键 的 单 电 子 的 自 旋 方 向 相 反 。 满 足 上 述 条 件 的 两 原 子 相 互 靠 近 时 ， 两 原 子 才能 共 享 这 对 电 子 ， 才 能 偶 合 配 对 形 成 稳 定 的 共 价 键 。如 氦 原 子 无 单 电 子 ， 因 而 两 个 氦 原 子 之 间 不 可 能 形成 共 价 键 。 若 原 子 具 有 两 个 或 两 个 以 上 单 电 子 则 可形 成 两 个 或 两 个 以 上 共 价 键 。 如 N2分 子 就 是 两 个 氮原 子 共 享 了 三 对 电 子 ， 以 三 重 键 结 合 而 成 。2 最 大 重 叠 原 理共 价 键 的 形 成 是 原 子 轨 道 叠 加 的 结 果 ， 原 子 轨 道 重叠 越 多 ， 形 成 的 键 越 牢 固 。 63 H1s F 2p 2p2p F FF2H2HF 电 子 云 重 叠 示 意 图 64HCl 1s3px 重 叠 越 大 ， 形 成 的 键 越 牢 固 共 价 键 具 有 方 向 性 。H2 1s1s 饱 和 性 指 每 种 元 素 的 原 子 能 提 供 用 于 形 成 共 价 键 的 轨道 数 是 一 定 的 。 因 为 每 个 原 子 所 能 提 供 的 未 成 对 电 子 数 是 一 定 的 ，一 个 原 子 的 一 个 未 成 对 电 子 与 其 他 原 子 的 未 成 对 电 子 配 对 后 ， 就 不能 再 与 其 它 电 子 配 对 。 方 向 性 除 s轨 道 是 球 形 的 以 外 ， 其 它 原 子 轨 道 都 有 其 固定 的 延 展 方 向 ， 所 以 共 价 键 在 形 成 时 ， 轨 道 重 叠 也 有 固 定 的 方 向 ，共 价 键 也 有 它 的 方 向 性 ， 共 价 键 的 方 向 决 定 着 分 子 的 构 形 。 在 单 质 分 子 或 大 多 数 的 有 机 化 合 物 分 子 中 ， 原 子 就 是 以 共 价 键相 结 合 的 。 性 质 ： 熔 点 高 、 质 硬 脆 、 导 电 能 力 差 。 65 饱 和 性 和 方 向 性 。2.3 共 价 键 的 特 征 66 2.4 共 价 键 的 类 型a: 键 两 原 子 轨 道 沿 键 轴 方 向 进 行 同 号 重 叠 所 形成 的 键 。 根 据 轨 道 重 叠 的 方 向 方 式 及重 叠 部 分 的 对 称 性 划 分 为 不同 的 类 型 头 对 头 两 原 子 间 若 只 形 成 一 个 共 价 键 ， 一 定 是 键 ； 67 s s pxs pxpx 轨 道 重 叠 电 子 云 分 布 68电 子 云 分 布 b: 键 两 原 子 轨 道 沿 键 轴 方 向 在 键 轴 两 侧 平 行 同 号 重 叠 所 形成 的 键 肩 并 肩zpz pz xpy py x轨 道 重 叠 两 原 子 间 若 形 成 多 个 共 价 键 ， 其 中 一 个 是 键 ， 其 余 为 键 。 如 N2、 CH2 CH2、 CH CH； 69 配 位 键 ： 由 一 个 原 子 提 供 空 轨 道 ， 另 一 个 原 子 提 供 孤 对 电 子 所 形 成 的 化 学 键 。 用 箭 头 “ ” 表 示 。C原 子 ： 2s22px12py12pz0 O原 子 ： 2s22px12py12pz22.5配 位 键如 ： CO 配 位 键 是 一 种 特 殊 的 共 价 键 。 当 两 原 子 间 形 成共 价 键 所 需 要 的 共 用 电 子 对 ， 是 由 其 中 一 个 原 子 单 独供 给 时 ， 这 种 化 学 键 称 之 为 配 位 键 。 这 主 要 是 因 为 供出 电 子 的 原 子 最 外 层 有 孤 对 电 子 而 接 受 电 子 的 原 子 又恰 有 空 轨 道 的 缘 故 。 要 点 ： 中 心 原 （ 离 ） 子 与 配 位 原 子 之 间 是 配 位 键 ，中 心 原 （ 离 ） 子 提 供 空 轨 道 ， 配 位 原 子 提 供 孤 对 电 子 ；中 心 原 （ 离 ） 子 与 配 位 原 子 成 键 之 前 先 进 行 轨 道 杂 化 。 70 71 0)Ag(NH 23 直 线 形)Ag(NH 23 NH3 NH34d 5s 5pAg 4d 5s 5psp杂 化 Ag(47) : Kr4d10 5s1 72 1、 杂 化 轨 道 理 论 从 电 子 具 有 波 动 性 、 波 可 以 叠 加 的 观 点出 发 ， 认 为 一 个 原 子 和 其 他 原 子 形 成 分 子 时 ， 中 心 原 子 所 用 的原 子 轨 道 （ 即 波 函 数 ） 不 是 原 来 纯 粹 的 s轨 道 或 p轨 道 、 d轨 道 ，而 是 若 干 不 同 类 型 、 能 量 相 近 的 原 子 轨 道 经 叠 加 混 杂 、 重 新 分配 轨 道 的 能 量 和 调 整 空 间 伸 展 方 向 ， 组 成 了 同 等 数 目 的 能 量 完全 相 同 的 新 的 原 子 轨 道 杂 化 轨 道 。 这 一 过 程 称 为 原 子 轨 道的 杂 化 。 2、 杂 化 的 过 程 ： 在 形 成 分 子 时 ， 通 常 存 在 激 发 、 杂 化 和轨 道 重 叠 的 过 程 。 3、 要 点 ： 杂 化 轨 道 也 是 原 子 轨 道 ； 杂 化 轨 道 数 =参 加 杂 化 的 原 子 轨 道 数 ； 杂 化 轨 道 的 形 状 和 方 向 取 决 于 中 心 原 子 的 杂 化 类 型 。 4、 s、 p、 d杂 化 轨 道 的 类 型 sp杂 化 1个 s轨 道 与 1个 p轨 道 杂 化 ， 组 成 2个 等 同 的 sp杂化 轨 道 ， 每 个 sp杂 化 轨 道 中 含 的 s和 p。 两 个 sp杂 化 轨 道的 夹 角 为 1800， 形 成 的 分 子 为 直 线 型 ， 如 BeCl2、 乙 炔 等 。sp杂 化 可 称 为 直 线 型 杂 化 。 sp2杂 化 1个 s轨 道 与 2个 p轨 道 杂 化 ， 组 成 3个 等 同 的 sp2杂化 轨 道 ， 每 个 sp2杂 化 轨 道 中 含 1/3的 s和 2/3的 p。 3个 sp2杂化 轨 道 的 夹 角 为 1200， 形 成 的 分 子 为 平 面 三 角 形 ， 如 BF3、BCl3等 ， sp2杂 化 可 称 为 平 面 型 杂 化 。 sp 3杂 化 1个 s轨 道 与 3个 p轨 道 杂 化 ， 组 成 4个 等 同 的 sp3杂化 轨 道 ， 每 个 sp3杂 化 轨 道 中 含 1/4的 s和 3/4的 p。 4个 sp3杂化 轨 道 的 夹 角 为 109.50， 形 成 的 分 子 为 正 四 面 体 ， 如 CH4、SiH4 等 ， sp3杂 化 可 称 为 立 体 型 杂 化 。 d2sp3杂 化 、 sp3d2杂 化 dsp2杂 化 sp3d杂 化 73 12 12 基 态 Be原 子 的 外 层 电 子 构 型 为 2s2， 无 未 成 对 电 子 ， 似 乎 不能 再 形 成 共 价 键 ， 但 Be的 一 个 2s电 子 可 以 激 发 进 入 2p轨 道 ， 取sp杂 化 形 成 二 个 等 价 的 sp杂 化 轨 道 ， 分 别 与 Cl的 3p轨 道 沿 键 轴方 向 重 叠 ， 生 成 二 个 (sp-p) 键 。 故 BeCl2分 子 呈 直 线 型 。 BeCl2分 子 形 成 的 整 个 杂 化 过 程 可 示 意 如 下 ： 74 激 发 杂 化 sp杂 化 轨 道2 个 电 子 能 量 相 等2s 2p1个 2s电 子 激 发 到 2p轨 道4 个 电 子 能 量 相 等与 2个 Cl原 子 的 3p电 子 结 合 sp-p重 叠 成 键 2s 2p基 态 Be原 子 2p2p 激 发 杂 化 sp2杂 化 轨 道2 个 电 子 能 量 相 等2s 2p1个 2s电 子 激 发 到 2p轨 道4 个 电 子 能 量 相 等与 3个 F原 子 的 2p电 子 结 合 sp2-p重 叠 成 键 2s 2p基 态 B原 子 2p 75 76 激 发 杂 化 sp3 杂 化 轨 道4 个 电 子 能 量 相 等 2s 2p基 态 C原 子 2s 2p 1 个 2 s电 子 激 发 到 2 p轨 道4 个 电 子 能 量 相 等与 4 个 H原 子 的 1 s电 子 结 合 sp3 -s重 叠 成 键CH4分 子 形 成 的 整 个 杂 化 过 程 可 示 意 如 下 ： 77 杂化类型杂化轨道夹角（） 空间取向 sp 180 直线型 sp2 120 平面正三角形 sp3 109.5 正四面体 sp3d (dsp3) 90 /120三角双锥 sp 3d2(d2sp3) 90正八面体