无机及分析化学之物质结构

这是一篇关于无机及分析化学之物质结构的思维导图，详细的阐述了微观粒子的运动状态、核外电子运动（单电子运动）、核外电子排布（多电子排布）、原子间化学键、元素周系、原子的性质、分子间的作用力这几个部分的内容。

物质结构

• 微观粒子的运动状态
  • 氢原子光谱
    • 1885年巴尔末体系
    • 1913年里德堡公式
    • 玻尔理论
      • 1900年Planck 能量的最小基本量为量子
      • 轨道能级
        • 能级：原子的定态轨道
        • 基态：能量最低的定态
        • 激发态：能量最高的定态
        • 发光
      • 轨道量子化
        • 原子中的电子只能在符合一定量子化条件的轨道上运动,在这些轨道中电子的角动量L必须是h/2π的整数倍。
      • 电子在不同轨道间跃迁时，原子会吸收或辐射出光子。当电子从较高能级向较低能级跃迁时,就辐射出波长单一-的光波。
  • 波粒二象性
  • 电子衍射试验
  • 测不准原理
    • 不可能同时准确测定微观粒子的位置和动量
• 核外电子运动（单电子运动）
  • 波函数
    • 1926薛定谔方程
    • 主量子n
      • n值越大，原子轨道离核越远
      • n决定电子层
      • 决定电子能量的主要因素
    • 角量子L
      • 决定轨道的形状和能量，在多电子原子中n和l决定能量高低
      • 取值由n决定从0到n-1
      • 物理意义
    • 磁量子数m
      • 描述原子轨道或电子云的伸展方向
      • 取值由l决定从-l到+l,对应一个l值有2l+1个值
      • 物理意义
        • ①决定原子轨道在空间的伸展方向。同一亚层, m有几个取值,该亚层就可能有几个伸展方向不同的轨道。
        • ②m与电子能量无关,同一亚层不同伸展方向原子轨道(l相同, m不同)的能量相同,称为简并轨道
    • 自旋量子数ms
      • 电子除了绕核运动外同时绕自身的轴旋转。
    • • ◆n、l、m决定一一个原子轨道;
      • ◆n、l、m、ms决定一一个电子的运动状态。
      • ◆四个量子数中前三个量子数的取值规律为:
• 核外电子排布（多电子排布）
  • 泡利不相容原理
    • 每个原子轨道中只能容纳自旋方向相反的两个电子。
  • 能量最低原则
    • 在不违反Pauli不相容原理的前提下,电子总是尽先占据能量最低的轨道,
  • 洪特规则
    • 电子进入能量相同的等价轨道时,总是尽可能分占不同的轨道,并且自旋方向相同。
    • 特例：等价轨道在全充满、半充满、全空状态下比较稳定。
  • 原子轨道能级
    • 现象：轨道能量随l值增大而升高的现象。
    • 屏蔽效应：内层电子对外层电子的排斥作用,削弱了原子核对外层电子的吸引力,使有效核电荷数减小。
    • 钻穿效应
      • 多电子原子中,由于轨道径向几率分布不同,角量子数 l 不同的轨道上的电子钻到核附近回避其它电子屏蔽的能力不同,因而引起能量变化的现象。
• 原子间化学键
  • 离子键
    • 正负离子吸引形成的键
    • 本质静电引力
    • 稳定性
      • 1.易形成稳定离子
      • 2.形成离子键时放出能量多
    • 特点
      • 没有方向性
      • 没有饱和性
    • 特征
      • 电荷越高，离子键越强
      • 离子的电子构型
    • 半径
      • 半径越小，离子键越牢固
      • 离子半径变化规律:
        • ①同-周期,电子层结构相同的离子, 随其核电荷数的增大，阳离子的半径逐渐减小,阴离子半径逐渐减小;
        • ②同主族,从上到下,离子半径依次增大;
        • ③正离子半径比其原子半径小,负离子半径比其原子半径大
        • ④同一元素不同价态的正离子,电荷越少的其离子半径越大
        • ⑤周期表中处于相邻族的右下角和左，上角斜对角线上的正离子的半径相近(对角线规则)
    • 同类型离子晶体,离子电荷越高,离子核间距越短则晶格能越大,晶体中离子键越强,离子晶体越稳定晶体的熔、沸点越高。
  • 共价键
    • 分子中的每个原子可通过共用电子对达到稳定的稀有气体结构,这种由共用电子对所形成的化学键称为共价键。
    • 特性
      • 方向性
        • 必须沿着键轴方向重叠
      • 饱和性
        • 单电子数决定共价键数
    • 极性
      • 两元素电负性差
        • 是非极性键
        • 是非及性键
        • 分子的极性
          • 用偶极距
          • 非极性分子
            • 分子中键均为非极性
            • 极性键在分子中高度对称
          • 极性分子
            • 极性键双原子分子
            • 分子结构不对称
• 元素周系
  • 元素周期表
  • 元素的周期
    • 周期数=原素电子层数=能级组中最高主量子数
  • 元素的族
    • 主族：原子最后-个电子填在外层ns、 np轨道上
    • 副族：最后一个电子填在(n-1)d、(n- 2)f轨道上
• 原子的性质
  • 原子半径
    • 金属半径：金属晶体中两个相邻的金属原子核间距的一-半。
    • 共价半径：同种元素以共价单键结合时两原子核间距的一半( d/2 )。
    • 范德华半径：分子晶体中分子间以van der Waals力结合时,相邻两原子核间距的一半(d/2)。
    • 周期表中处于相邻族的右下角和左上角对角线的离子半径接近
  • 电离能
    • 第一电离能:气态原子在基态时失去一个电子成为+1价气态阳离子时所需的能量。
    • 第二电离能:由+1价离子再失去一个电子成为+2价离子所需的能量。
    • 电离能越小，金属性越强
    • 同周期“二五反常”
  • 电负性
    • 电负性越大，金属性越强
• 分子间的作用力
  • 分子间作用力又叫范德华力。来源于分子的极性和变形性,本质上都是静电引力。
  • 分类
    • 取向力
      • 因异极间的静电引力,极性分子相互更加靠近,这种极性分子间的定向吸引|作用力,称为取向力。
      • 只存在于极性分子和极性分子之间。
      • 取向力的大小随分子极性的增大而增大。
    • 诱导力
      • 在外电场的作用下,分子带正电荷的核被吸向阴极,电子被吸向阳极,使正电荷重心和负电荷重心发生位移(产生诱导偶极) , 同时导致分子变形,这种分子间的静电相互作用称为诱导力。
      • 极性分子一非极性分子
      • 极性分子一极性分子之间
      • 诱导力的大小与分子的极性、变形性有关。
    • 色散力
      • 由瞬时偶极所引起的分子间的极化作用力。
      • ①由于瞬时偶极产生的静电引力。
      • ②色散力存在于任何分子之间。
      • ③分子质量越大,变形性越大,色散力越大。
  • 氢键
    • ( 1 )具有方向性和饱和性
    • ( 2 )比化学键弱得多,与分子间力相当
      • X , Y的电负性越大,半径越小,形成的氢键越强。
        • F- -H....F>0- -H...O>O -H--N>N_ H...N
    • 影响
      • ( 1 )分子间氢键使物质的熔、沸点升高，溶液的密度、粘度增大。
      • ( 2 )分子内氢键使化合物的熔、沸点降低