无机及分析化学之物质结构

物质都可以初步归纳为两种基本的存在形态：“实物”和“场”。“实物”具有的共同特点是：质量集中在某一空间，一般有比较确定的界面（气体的界面虽然模糊，但它又是由一个个实物粒子构成）。本文开头所举的各例都属于实物。“场”则是看不见摸不着的物质，它可以充满全部空间，它具有“可入性”。例如大家熟知的电磁波，它可以将电台天线发射的信号通过空间传送到千家万户的收音机或电视机。可以概括地说，“场”是实物之间进行相互作用的物质形态。更多干货内容赶快收藏起来慢慢看吧！

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
      • 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)
    • 离子化合物
      • 晶格能U
        • 标态下,气态正、负离子结合成1mol离子晶体时所放出的能量。
        • 离子键的强度和离子晶体的稳定性用晶格能来衡量。
    • 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。
    • 八隅体规则: 通过共用电子对达到稀有气体电子结构。
    • 成键电子的原子轨道重叠越多,形成的共价键越牢周最大重叠原理
    • 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
    • 分类
      • 键
        • 两个原子轨道沿键轴(两个原子核间联线)方向以“头碰头”的方式进行重叠所形成的共价键叫做σ键。
      • 键
        • 两个原子轨道沿键轴(x轴)方向以“肩并肩”的方式进行重叠所形成的共价键叫做π键。
    • 键能
      • 标态下, 1mol气态AB分子离解为气态原子A和B时的焓变值。
      • ①双原子分子, Eg= D(离解能)
      • ②多原子分子,键能等于全部键离解能的平均值。
      • 一般键能愈大,表示共价键强度愈大,分子愈稳定。键能:单键<双键<叁键。
    • 键长
      • 构成共价键两原子之间的核间距。单位为pm。
      • 键长越短,键越牢固,分子越稳定。
      • 由相同原子构成的叁键键长<双键键长<单键键长。
    • 键角
      • 分子中键与键的夹角
    • 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
  • 杂化轨道
    • 两原子只要有单电子且以自旋方向相反的方式即可配对成键。
    • sp杂化、sp2杂化、sp3杂化
    • 等性杂化:杂化时,每个杂化轨道的形状和能量完全等同,这称为等性杂化。
• 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
    • 镧系收缩
      • 因为新增加的电子填入倒数第三层上,对外层电子的屏蔽效应更大,外层电子所受到的有效核电荷数增加的影响更小。
      • 影响：第五第六周期的元素原子半径相似
  • 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。
  • 极化
    • 在外电场作用下,分子内正负电荷重心发生相对位移的过程。极化率可表征分子的变形性。
    • 分子的极性和变形性,是产生分子间力的根本原因。
  • 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