物质结构基础

无机与分析化学，物质结构基础思维导图梳理，主要有核外电子的运动特征、原子核外电子排布和元素周期表、元素基本性质的周期性变化、晶体结构、分子间力和氢键共价键、离子键 等内容。

物质结构基础

• 核外电子的运动特征
  • 核外电子运动的量子化特征
    • 氢原子光谱
      • 棱镜折射
        • 形成连续光谱或带状光谱
      • 高温火焰，电火花，电弧激发
        • 线状光谱或原子光谱
    • 波尔理论
      • 经典的电磁理论和卢瑟福和核式结构模型
      • 普朗克提出量子论
      • 爱因斯坦提出光子学说
      • 波尔提出玻尔原子结构模型
      • 定态假设，跃迁规则
  • 微观粒子的波粒二象性
    • 德布罗意提出物质波假说
    • 通过电子衍射实验证实波动性
    • 光与实物相互作用，发射、吸收、光电效应表现微粒性。 光在空间传播，干涉、衍射、偏振，表现波动性
    • 不确定原理
      • 海森堡提出不确定原理
    • 微观粒子运动的统计性
  • 薛定谔方程与波函数
  • 四个量子数
    • 主量子数n
      • 定义：表示核外电子出现概率最大的区域离核的平均距离，或者说决定电子层数
      • 电子层符号K,L,M,N,O,P
    • 角量子数l
      • 具有一定的能量，也具有一定的角动量
        • 决定电子角动量的大小，也决定原子轨道或电子云的空间形状
          • l=0 球形
          • l=1 哑铃形
          • l=2 花瓣形
      • 单电子系统，能量E只与n有关
      • 多电子原子，l越小，该电子亚层的能量越低
    • 磁量子数m
      • 定义：决定同一亚层中的原子轨道或电子云在空间的不同延伸方向
      • m由l决定，且共有2n+1个整数值
      • 在没有外磁场作用下，这些轨道能量相同，称为等价轨道或简并轨道
    • 自旋量子数ms
    • • n,l决定能级
      • n,l,m决定原子轨道
      • n,l,m,ms,决定运动状态
  • 原子轨道和电子云的图像
    • 不同状态的电子其电子云径向分布图上又n-l个峰
    • 原子轨道按能量高低顺序分布
    • n相同，l越小，峰数越多，钻穿能力越强
• 原子核外电子排布和元素周期表
  • 多电子原子轨道能级
    • 屏蔽效应，钻穿效应
    • 能级图
  • 基态原子的核外电子排布规律
    • 保里不相容原理
    • 能量最低原理
    • 洪特规则
    • 洪特规则特例
  • 原子的电子层结构和元素周期律
• 元素基本性质的周期性变化
  • 原子半径
  • 电离能
    • 失电子能力难易程度
  • 电子亲合能
    • 得电子能力难易程度
  • 电负性
    • 原子在分子中对电子吸引能力的大小
• 晶体结构
  • 离子晶体
    • 具有较高的熔沸点，硬度，且晶格能越大，离子化合物越稳定
    • 绝大多数盐（NaCl,KF,CsCl)
    • 强碱及许多金属氧化物（MgO,CaO,BaO)
  • 原子晶体
    • 键合非常牢固，键的强度大，所以硬度很大，熔沸点很高，且通常不导电，延展性差
    • 金刚石，单质硅，锗以及SiC,AlN,SiO2
  • 分子晶体
    • 熔沸点较低，硬度较小，而挥发性较大，多数难溶于水，蓉蓉状态下也不导电
    • 固态的卤素单质，冰，固态CO2，SO2，S8和P4以及绝大多数固态有机化合物
• 分子间力和氢键
  • 键的极性和分子的极性
    • 电负性差距越大，共用电子对偏离程度越大，极性也就越大
    • 根据有无偶极，分为极性分子和非极性分子
    • 分子的极性与键的极性直接相关，但也要考虑分子构型
    • 分子极性大小用偶极矩衡量
      • 偶极矩是矢量，方向由正到负
  • 分子间力
    • 取向力
      • 只存在极性分子之间
    • 诱导力
      • 距离增大，诱导力减弱
    • 色散力
      • 体积越大，色散力越大
    • 存在极性分子与非极性分子之间，且主要以色散力为主，只有极性很大时，以取向力为主
  • 氢键
    • 定义
      • 氢原子与一个电负性很大的原子（N,O,F)以共价键结合，使其氢原子赤裸，与另一个电负性很大的原子的孤电子对借静电力吸引形成氢键
    • 特点
      • 有饱和性
        • 原子
      • 有方向性
        • 处于同一直线上
    • 影响
      • 熔沸点增高
      • 溶解度
        • 分子间氢键提高物质间的溶解能力
        • 分子内氢键，在极性溶剂中溶解度降低，在非极性分子中增大
      • 黏度
        • 分子间存在氢键，黏度较大，氢键越多，黏度越大
• 共价键
  • 价键理论
    • 实质
      • 即原子轨道的重叠是形成共价键的关键
        • 有饱和性
        • 有方向性
    • 要点
      • 自旋相反的未成对电子相互靠近时能相互配对
      • 原子轨道重叠时，总是沿着重叠方向最多的方向进行，重叠越多，核间电子密度越大，共价键越稳固
    • 类型
      • σ键，头碰头
      • π键，肩并肩
    • 键参数
      • 键能
        • 键能等于全部键的离解焓的平均值
      • 键长
        • 键长越短，键能越大
      • 键角
  • 杂化轨道理论
    • 基本要点
      • 杂化轨道的数目等于参加杂化的原子轨道数目
      • 杂化利于形成牢固的共价键和稳定的分子
      • 遵从斥力最小原则
      • 注：只有在形成分子的过程中才会发生
    • 类型
      • sp杂化
      • sp2杂化
      • sp3杂化
• 离子键
  • 离子键理论的基本要点
    • 离子键的形成
      • 电负性相差较大
      • 吸引力和排斥力达到平衡
    • 无方向性
    • 无饱和性
    • 本质：静电力
  • 离子的特征
    • 1.离子半径
    • 2.粒子电荷
    • 3.离子的电子构型
  • 粒子间的强度（晶格能）
    • 晶格能U是指相互远离的气态正离子和负离子结合成1mol离子晶体所释放的能量
    • 晶格能越大，离子键越强，离子晶体月稳定
    • 同种构型离子晶体，离子电荷越高，半径越小，正，负离子间引力越大，晶格能越大，化合物的熔点，沸点越高