现代基础化学_第2章.

第一章要点（1）理想气体状态方程式（2）理想气体状态方程的应用：计算p,V,T和n中的任意物理量：确定气体的密度和摩尔质量(相对分子质量)气体的体积密度：由和式得or两种气体p、T相同时：（3）混合气体分压定律：定T与定V时，（4）混合气体分体积定律：定T与定p时，则（5）混合理想气体：物质的量分数(摩尔分数)、体积分数：VRTnpii混合气体中i组分的分压力（6）溶液浓度的表示方法：质量摩尔浓度(mol/kg)物质的量浓度质量分数溶剂的质量的物质的量溶质BmB混合物体积的物质的量溶质BVnCBB总nnxBB溶液溶质mmB总VVBB摩尔分数体积分数质量浓度总VmBB难挥发非电解质稀溶液的依数性蒸气压下降Δp=p*A-pA=p*A-p*AxA=p*A(1-xA)=p*AxB沸点升高凝固点下降渗透压cRTRTVnΠ（7）第二章原子结构与元素周期系2.2原子结构的量子力学模型2.1氢原子光谱和玻尔理论2.3多电子原子核外电子的运动状态2.4原子结构与元素性质的关系1.了解氢原子光谱的特征及能级的概念。2.了解微观粒子运动特征。3.了解波函数原子轨道、概率密度、电子云的概念，了解四个量子数的来历。4.掌握四个量子数的符号、取值和物理意义，熟悉s、p、d原子轨道与电子云角度分布的形状和空间伸展方向及其图形代表的意义.5.重点掌握多电子原子轨道能级高低顺序和核外电子排布原则，并能熟练写出符合电子排布规律的元素原子核外电子排布式，以及确定它们在周期表中的位置。6.掌握周期表中元素的分区、结构特征，熟悉原子半径、电离能、电子亲和能、电负性变化规律与原子结构之间的关系，了解氧化数与原子结构之间的关系。学习基本要求2.1.1原子结构理论的发展简史1.德谟克利特最早提出“原子论”，物质是有许多微粒组成，这些微粒，成为“原子”（atom)他认为，万物的本原是原子和虚空。原子是不可再分的物质微粒，虚空是原子运动的场所。2.约翰·道尔顿提出原子论，其要点：（1）化学元素由不可分的微粒—原子构成，它在一切化学变化中是不可再分的最小单位。（2）同种元素的原子性质和质量都相同，不同元素原子的性质和质量各不相同，原子质量是元素基本特征之一。英国物理学家汤姆森(J.J.Thomson)2.1.1原子结构理论的发展简史1884年担任著名的卡文迪许实验室主任1897年通过阴极射线实验发现了电子1906年获得诺贝尔物理奖。1904年提出原子的“枣糕模型”，认为“电子是均匀地分布在正电荷的海洋中”。汤姆森英国物理学家卢瑟福(E.Rutherford)1895年在剑桥大学攻读博士学位期间直接受到汤姆森的指导1908年获得诺贝尔化学奖1911年根据粒子散射实验的结果提出原子的“含核模型”，也称为“行星模型”1919年接替汤姆森担任卡文迪许实验室主任。卢瑟福原子行星模型2.1.1原子结构理论的发展简史丹麦物理学家玻尔(NielsH.D.Bohr)1913年，丹麦物理学家N.Bohr提出玻尔原子结构理论M.Planck量子论(1900)D.Rutherford有核原子模型(1911)A.Einstein光子学说(1908)初步解释了氢原子线状光谱产生的原因和光谱的规律性卢瑟福是汤姆森七位获诺贝尔奖的学生之一，而他本人又指导包括玻尔在内的十一位诺贝尔奖获得者。2.1.1原子结构理论的发展简史玻尔原子模型原子结构原子原子核核外电子质子中子{{2.1.2氢原子光谱与玻尔理论氢原子光谱气态原子被火花、电弧等方法激发产生光，棱镜分光色散后，得到几条不连续的线状光谱，称为原子光谱。记录氢原子光谱原理示意图2~3kV光阑三棱镜氢放电管氢原子光谱H410.2H434.0H486.1H656.2氢原子光谱的特征：※不连续光谱，即线状光谱；※其频率具有一定的规律。Rydberg公式(1913)：152212113.28910()nnn2n1,整数频率丹麦物理学家（1885-1962）1913年玻尔提出了原子结构的玻尔模型。荣获1922年诺贝尔物理学奖玻尔理论普朗克量子论1900年,普朗克(PlankM)提出著名的普朗克方程：E=hv式中的h叫普朗克常数其值为6.626×10-34J·s。普朗克认为,能量是不连续的，具有微小的分立的能量单位(量子)；物体只能按hv的整数倍(例如1hv,2hv,3hv等)一份一份地吸收或释出光能,而不可能是0.5hv,1.6hv,2.3hv等任何非整数倍。即所谓的能量量子论。•光的能量是不连续的，是量子化的。•光为一束以光速c行进的光子流,光的强度取决于单位体积内光子的数目，即取决于光子的密度。•光子不但由能量，还有质量m•既然光子有质量，就必有动量p二、玻尔理论（一）玻尔原子结构模型的基本要点：①电子在某些特定轨道上绕原子核做圆周运动；②电子在不同轨道上运动时，其能量不同；③只有当电子在能量不同的轨道之间跃迁时，原子才会吸收或释放能量。r1r2r3hv定态氢原子核外电子只能在某些符合量子化条件的圆形轨道上运动。一般情况，核外电子处于能量最低的状态。•在该状态下运动的电子，既不吸收能量，也不放出能量，电子的能量保持不变。这时原子处于稳定状态，称为定态。2πhLmrnv量子化条件电子的角动量普朗克常量主量子数n=1，2，3…微观粒子这种运动状态的某些物理量只能取某些不连续的分立数值，称为量子化能级152.9pmr21nrnr=其中2(eV)nEn规定电子离核无穷远处的能量为零，所以电子的能量均为负值。J10180.2)(2182nnZREy氢原子轨道能量为：当n由小变大，氢原子轨道能量由低到高发生变化。电子离核越远，能量越高；离核越近，能量越低。原子轨道的这些不连续能量的定态称为能级，其中能量最低的状态称为基态（n＝1），其余能量高于基态的状态称为激发态。根据量子化条件，推导出氢原子轨道半径为：跃迁一般情况，原子核外电子处于基态。当原子受到辐射、加热或通电激发时，电子获得能量跃迁到激发态。处于激发态的电子不稳定，只有10-8～10-9s的寿命，自发跃迁回能量较低的轨道（注意：不一定是基态），同时将能量以光的形式释放出来。显然，释放出的光的频率决定于跃迁前后两种原子轨道的能量差。由于原子轨道的能量是不连续的，所以释放的光的频率也是不连续的，因而我们只能观察到线状的原子光谱。21nnEEvh普朗克常量6.62610-34Js氢原子光谱与能级关系n1=2:n2=3红（Hα）;n2=4青（Hβ）;n2=5蓝（Hγ）;n2=6紫（Hδ）巴尔麦线系玻尔理论的成功：解释了氢原子光谱的产生原因和不连续性引用了普朗克量子化概念，提出了原子轨道能级的概念玻尔理论无法解释：多电子原子的原子光谱氢原子光谱的精细结构玻尔理论失败的根本原因：用描述宏观物体的经典力学理论来描述微观粒子。2.1.2微观粒子运动特性2、波粒二象性1680年，牛顿提出光具有粒子性，认为光就是能做直线运动的微粒流。1690年，惠更斯提出光具有波动性，能解释光的干涉、衍射等现象。1、量子化性由于原子中电子的能量是不连续的变化，是量子化的，所以量子化性是原子中电子及一切微观粒子运动状态的特性之一。1905年，爱因斯坦用光子理论成功地解释了光电效应，提出光既有粒子性，又有波动性，即光具有波粒二象性。2.1.2电子运动的特性大科学家爱因斯坦1924年，法国物理学家德布罗依受到光具有波粒二象性的启发，提出了电子等实物粒子也具有波粒二象性的假设。该假设在1927年被电子衍射实验所证实。2.1.2电子运动的特性法国物理学家德布罗依3、微观粒子的波粒二象性•p为粒子的动量，表示粒子性的物理量；m为质量，v为速度；•λ为粒子波的波长，表示波动性的物理量。deBrogile关系式体现了波粒二象性例设电子运动速度为光速的一半，v=1.5×108m·s-1,电子质量m=9.11×10-31kg，普朗克常量h=6.626×10-34J·s。试计算该电子的德布罗意波长。m1085.4sm105.1kg1011.9sJ106.626121831-34mvh则该电子的德布罗意波长为4.85×10-12m解根据德布罗意关系式电子波是概率波＊一个电子打到感光屏上，激发出一个亮点电子将会出现在什么地方，我们不知道。＊大量的观察，无数次行为的统计发现：它在某些地方出现的可能性要大一些，在另一地方小一些。＊但是，究竟出现在哪里是无法确定的，我们只能预言概率而已。4、不确定性原理1927年，德国科学家海森堡提出不确定原理，即对具有波粒二象性的微粒，不可能同时准确测定它们在某瞬间的位置和速度（或动量）。2.1.2电子运动的特性德国科学家海森堡数学表达式：(4)海森堡不确定性原理x为粒子在x方向的位置误差，p为动量在x方向的误差。由于h是极小的量，所以x越小，则p越大，反之亦然。反映了微观粒子的运动特征，但对宏观物体来说，实际上是不起作用的。4hΔxΔp不确定性原理是粒子波动性的结果，意味着微观粒子不存在确定的运动轨迹。2.2核外电子运动状态的量子力学描述1926年，薛定谔在考虑实物微粒的波粒二象性的基础上，通过光学与力学的对比，提出了描述微观粒子（包括原子内的电子）运动的基本方程，即著名的薛定谔方程：采用薛定谔方程来描述原子内电子的运动状态，即原子结构的量子力学模型。电子具有波动性，状态用薛定谔方程来描述。1、薛定谔方程Ψ：波函数E：电子的总能量V：电子的势能m:电子质量h:普朗克常数,其值为6.626×10-34J·s薛定谔2.2.1微观粒子的运动方程2.2.2电子的运动状态＊解薛定谔方程求得波函数Ψ(x,y,z)。＊不同的波函数Ψ决定电子不同的运动状态，波函数Ψ也称作轨道。＊波函数轨道电子运动的某一种状态＊轨道仅仅是波函数的代名词，没有经典力学中固定轨道的含义。经典力学中描述物体运动的概念)(ml,n,r,θ,ψ轨道2、波函数2.2.2电子的运动状态（1）坐标变换（2）分离变量xyz直角坐标与球坐标的变换m磁量子数l角量子数n主量子数量子数R(r)只与电子离核半径有关，故称为波函数的径向部分Y(,)只与、两个角度有关，故称为波函数的角度部分每个确定的Ψ表示电子的一种运动状态。确定“流川枫”同学的状态确定某一个电子的状态物理意义15级主量子数n层。电子出现几率最大处离核的距离，决定电子能量的主要因素环境科学专业角量子数l亚层。1.决定电子能量的次要因素。2.决定角度函数的形状2班磁量子数m决定角度函数的空间伸展方向男/女自旋量子数ms决定电子的自旋方向量子数的物理意义2.2.3四个量子数（1）主量子数（n）a.取值范围：可以取任意正整数，n=1,2,3…b.决定电子在核外出现概率最大区域离核的平均距离c.决定电子能量高低的主要因素：12345…n值代号KLMNO…d.电子层用下列符号表示：n值越大，电子离核距离越远，电子能量越高。（2）角量子数（l）b.决定原子轨道的不同形状，表示电子层中各个不同的电子亚层。和主量子数n共同决定多电子原子能量的大小a.符号l，取值范围：可取0~(n-1)之间的整数l值0123…l值符号spdf…原子轨道的形状2.2.3四个量子数fdpsl,3,2,1,04、四个量子数（2）角量子数（l）nl亚层数原子轨道101s20,12s,p30,1,23s,p,d40,1,2,34s,p,d,f2.2.3四个量子数4、四个量子数（2）角量子数（l）c.对电子能量有影响：单电子原子（H）：n相同，l不同：Ens=Enp=End=Enfn不同，l相同：E1sE2sE3sE4s多电子原子：n相同，l不同：l,EEnsEnpEndEnfn相同，l相同：Enpx=Enpy=Enpz2.2.3四个量子数的四个量子数（3）磁量子数（m）b.描述原子轨道在空间的伸展方向。l亚层共有2l+1个不同伸展方向的原子轨道。a.取值范围：m可取–l…0…