导图社区 原子和分子的结构
这是一篇关于原子和分子的结构的思维导图.内容包括:核外电子的运动状态、化学键与分子结构、原子的电子层结构与元素周期表、晶体的结构。
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原子和分子的结构
核外电子的运动状态
原子结构理论的发展初期
道尔顿的原子论
化学由原子构成，原子是化学变化中的最小单位
原子质量是元素基本特征之一
不同元素化合时，原子以简单整数比结合
汤姆森的“葡萄干-面包”模型
原子并非最小微粒
电子的发现
卢瑟福的近代原子模型
原子的质量几乎集中于原子核上
电子围绕着原子核告诉旋转
玻尔的玻尔模型
核外电子轨道角动量满足 mvr=nh/2π n=1,2,3
基态：原子能量最低
hν=E2-E1
波尔理论的成功之处
求算了电子能量E和轨道半径
成功地解释了氢光谱产生的原因和规律性
计算了氢原子的电离能
不足之处
无法解释氢原子光谱的精细结构
不能解释多电子原子和分子或固体的光谱
电子在定态轨道中运转时不释放出电磁波的假设与电磁学理论相悖
核外电子运动的特征
微观粒子的波粒二象性
对于时间的平均值，光表现为波动性；对于时间的瞬间之，光表现为粒子性。——爱因斯坦
P=mc=E/c=hν/c=h/λ
λ=h/P=h/mv
不确定度关系
△x△P≥h/2π
同时准确测定一个微粒的动量和位置时不可能的
薛定谔方程和波函数
薛定谔方程
直角坐标系下
球坐标系下
波函数Ψ和概率密度
概率密度：
四个量子数
主量子数n
角量子数l
取值：取小于n的自然数
光谱项符号：s,p,d,f...
意义：表示了原子轨道或电子云的形状
l=0 球形分布
l=1 哑铃型分布
l=2 花瓣形分布
磁量子数m
取值：小于|l|的整数
意义：确定原子轨道在空间的不同伸展方向 当l一定时，有2l+1个轨道
自旋量子数
取值：±1/2
表明电子有两个自旋方向
波函数的空间图像
概率密度的表示方法
电子云
等概率密度面图
界面图
径向分布
角度分布
原子的电子层结构与元素周期表
多电子原子的能级
屏蔽效应
钻穿效应
鲍林能级图
⑴能级组：将能量相近的能级划为一组
⑵能量相同的状态称之为简并状态，把能量相同的轨道数称简并度
⑶l相同的能级，其能量的大小由主量子数n决定，n越大能量越高
⑷主量子数n相同，角量子数l不相同，随l增加，能级的能量增大
⑸当n,l均不相同时，出现能级交错
核外电子的排布
能量最低原理
多原子电子在基态时，核外电子总是尽可能分不到能量最低的轨道
泡利不相容原理
一个原子轨道最多只能容纳两个自旋状态相反的电子
洪特规则
电子在能量相同的原子轨道上排布时，总是尽可能地以自旋状态相同的形式分占不同的轨道。
核外电子排布与周期系的关系
每周期的元素数目
元素在周期表中的位置
可根据原子序数写出其电子层结构，并判断所在周期和族
元素在周期表中的分区
元素性质的周期性
原子半径
共价半径
金属半径
范德华半径
原子半径在同族的变化
主族
主族元素从上到下，原子半径增大
副族
除Sc外，从上到下，增大幅度较小，尤其时第5、6周期，由于镧系收缩影响，原子半径非常接近
电离能
电离能的大小主要取决于原子核电荷，原子半径，以及原子的电子层结构
第一电离能
同一主族中自上而下，逐渐减小
同一周期从左至右，以此增大
反常
ⅡA主族＞ⅢA主族
ⅤA主族＞ⅥA主族
电子亲合能
电负性
金属性和非金属性
晶体的结构
离子晶体
结构质点：正离子、负离子
作用力：离子键
特征：硬而脆，熔沸点高，熔融态与其水溶液都能导电，大多数溶于极性溶液中
对于AB型离子晶体
ZnS型
配位数：4
实例：ZnS、ZnO、BeO、BeS、CuCl、CuBr
NaCl型
配位数：6
实例：NaCl、KCl、LiF、CaO、MgO
CsCl型
配位数：8
实例：CsCl、CsBr、TlCN、NH4Cl
金属晶体
结构质点：正离子、中性原子
作用力：金属键
特征：硬度不一，有金属光泽、有良好的可塑性，不溶于绝大多数溶剂，熔点、沸点高低不同，有良好的导电性
密堆积结构
体心立方堆积
空间利用率：68%
六方最密堆积
配位数：12
空间利用率：74%
面心立方最密堆积
原子晶体
结构质点：原子
作用力：共价键
特征：硬度大、熔点较高，导电性差，多数溶剂中不溶
金刚石的晶体结构
固态CO2的晶体结构
分子晶体
结构质点：分子
作用力：分子间力、氢键
特征：硬度小，熔点、沸点低
混合晶体
石墨
化学键与分子结构
离子键
离子键的形成
正负电荷之间的静电作用
特征
无方向性，饱和性
元素之间电负性越大，离子键的离子性成份越大
离子的特征
离子的电荷
离子的电子层结构
离子半径
共价键及分子构型
路易斯共价键理论
意义：初步揭示了共价键与离子键的区别
局限性
未能阐明共价键本质及特性
不能解释某些分子的一些性质
价键理论
原子中自旋状态相反的未成对电子相互接近时，课相互配对形成稳定的化学键
原子轨道的最大重叠原理：当两个原子中自旋状态相反的两个电子相互配对时，原子轨道相互重叠，且总是沿着重叠最多的方向进行，重叠越多，形成的共价键越牢固
分子的空间构型
杂化轨道理论
⑴形成分子时，由于原子之间的相互作用，若干不同类型、能量相近的原子轨道组合起来形成能量相等、成键能力相同的杂化轨道。
⑵杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道的数目相同
⑶杂化轨道可分为等性杂化和不等性杂化两种，这对分子的构型有影响
⑷杂化轨道成键时要满足原子轨道最大重叠原理
⑸杂化轨道成键时，要满足化学键间最小排斥原理
价层电子对互斥原理
⑴确定中心原子A的价层电子中的电子对数，包括孤对电子书和多出的单电子数
⑵根据中心原子周围的价电子对数，可找出理想的几何结构图形
⑶未结合的电子称为孤对电子
⑷根据孤对电子、成键电子对之间相互斥力的大小，确定排斥力最小的稳定结构
分子的极性与分子间作用力
分子的极性
极性分子：正电荷中心与负电荷中心不重合
μ=qd
分子间力的类型
与分子内的偶极有关
取向力
只存在于极性分子与极性分子之间
诱导力
存在于极性分子于极性分子、极性分子与非极性分子之间
色散力
存在于任意两个分子之间
分子的性质与分子间作用力的关系
对物质的物理性质如熔点、沸点、溶解度由交大影响
可根据“相似相溶”原理来判断物质的溶解性
氢键
形成条件
分子中必须有H原子，且与电负性很大的元素形成共价键
分子中有电负性很大、半径较小，且带有孤对电子的原子
静电引力
方向性和饱和性
影响
对熔点、沸点、溶解度等物理性质有影响
对酸碱性有影响
在同周期从左至右呈增大趋势，而同族中从上到下呈减小趋势
能级交错
