普通化学:第二章-原子结构、分子结构与化学键4
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普通化学大一必考知识点化学作为一门自然科学,既关注物质的构成和性质,又探讨物质之间的相互作用和变化规律。
作为大一化学课程的学习者,掌握一些基础的知识点是必要的。
下面将讨论一些普通化学大一必考的知识点。
1. 元素和化合物- 元素是构成物质的基本单位,由具有相同原子数的原子组成。
有一些常见元素如氢、氧、碳等。
- 化合物是由不同元素的原子通过化学键结合而成的物质。
例如,水是由氢和氧原子组成的。
2. 原子结构- 原子是最小的化学单位,由质子、中子和电子组成。
质子带有正电荷,中子带有中性,电子带有负电荷。
- 原子核位于原子的中心,电子则绕原子核运动。
3. 周期表和元素分类- 周期表是按照元素的原子序数排列的表格,可以显示元素的各种性质。
- 元素可以根据化学性质和物理性质进行分类,常见分类包括金属、非金属、半金属等。
4. 化学键和分子- 化学键是原子之间的相互作用力,常见的包括共价键、离子键和金属键。
- 分子是由原子通过化学键结合而成的粒子。
5. 反应速率和化学平衡- 反应速率是反应物消耗或生成物形成的速度。
影响反应速率的因素包括浓度、温度和催化剂等。
- 化学平衡是指反应物和生成物浓度达到一定比例的状态,符合化学平衡定律。
6. 酸碱中和反应- 酸是指能够产生H+离子的物质,碱是指能够产生OH-离子的物质。
酸碱反应是指酸和碱反应形成盐和水的化学反应。
- 酸碱中和反应是酸碱反应的一种特殊形式,反应产物是水和相应的盐。
7. 氧化还原反应- 氧化还原反应是指物质中的电子的转移。
氧化是指物质失去电子,还原是指物质获得电子。
- 氧化还原反应常见的应用包括腐蚀、电池和火焰等。
8. 化学方程式和摩尔- 化学方程式用符号和式子表示化学反应。
反应物在方程式的左侧,生成物在右侧。
- 摩尔是物质的计量单位,表示物质的质量以及化学反应中的比例关系。
9. 溶液和溶解度- 溶液是由溶质和溶剂组成的均匀混合物,溶剂是溶解其他物质的介质。
- 溶解度是指在特定温度下溶质在溶剂中的最大溶解量。
第一讲原子结构、分子结构和化学键一 . 原子结构1. 四个量子数的合理取值n = 1, 2, 3, 4,…… n n 个确定核外电子运动的能级。
l = 0, 1, 2, 3,…… n -1 n 个确定电子亚层的形状及其能级的高低。
m = -l , -(l -1, … , 0,… (l -1, l n 2个确定电子亚层在空间的伸展方向。
m s =±1/2, 2n 2个确定电子运动的自旋方向。
2. 波函数和原子轨道波函数ψn,l,m 是原子轨道的数学表达形式,又称原子轨函 ,它是量子力学中表征微观粒子运动状态的物理量,是薛定谔方程的合理解。
而原子轨道是波函数ψn,l,m 的图形化。
对氢原子和类氢原子, n 相同的原子轨道, 它们的能量相同, 称为简并轨道或等价轨道;对于非氢原子和类氢原子, n 、 l 相同, m 不同的轨道,能量相同,称为简并轨道或等价轨道。
3. 波函数和原子轨道、几率密度分布和电子云的联系和区别波函数ψn,l,m 是原子轨道的数学表达形式,而原子轨道是波函数的图形化。
例如ψ1s 表示 1s 原子轨道, ψ2px 是 2p x 原子轨道。
1s 原子轨道的科学含义是指电子处于 1s 的空间运动状态 ,它和物理学上的宏观物体的轨道是不同的,例如 1s 原子轨道的空间图形是球形的,其电子在空间出现的几率密度分布也是球形对称的,界面图是球面,平面图为圆。
而不应理解为电子绕核运动的轨迹是一个圆,这是因为电子有波粒二象性,它的运动轨迹是测不准的。
几率密度分布是用来描述电子云的数学表达式│ ψn,l,m │ 2; 几率是指电子在核外空间某处出现的机会的大小│ ψn,l,m │ 2d τ。
原子轨道是指电子在一定空间的运动状态,是ψn,l,m 的图形化;电子云是电子在空间出现的几率密度分布的形象化表示法,是│ ψn,l,m │ 2的图形化。
原子轨道和电子云的区别是原子轨道的图形中有正、负号之分,而电子云的图形中没有正、负号之分;电子云的图形比原子轨道的图形略瘦些。
大一普通化学知识点第七版化学作为一门基础科学,广泛应用于各个领域。
对于大一学习化学的学生来说,熟悉并掌握相关的基础知识点是非常重要的。
在这篇文章中,我将为大家介绍一些大一普通化学知识点的第七版内容,帮助大家更好地理解和学习化学。
1. 原子结构在化学中,原子是构成物质的基本单位。
第七版的普通化学教科书中详细介绍了原子的结构。
原子由质子、中子和电子组成。
质子和中子位于原子核中心,电子则围绕原子核运动。
质子带正电荷,中子无电荷,电子带负电荷。
质子和中子的总数决定了元素的质量数,电子数目决定了元素的化学性质。
2. 元素和周期表元素是由相同类型的原子组成的纯物质。
第七版普通化学知识点介绍了常见的元素及其属性。
元素按照原子序数排列在周期表上,周期表可以帮助我们更好地理解元素性质的规律性。
周期表中的元素按照原子序数的增加以及元素性质的周期性变化分组。
3. 化学键和化合物化学键是原子之间的相互作用力,用于连接原子形成化合物。
第七版普通化学知识点中介绍了离子键、共价键和金属键等不同类型的化学键。
化合物是由两种或更多种元素以一定的比例结合而成的物质。
化合物的性质取决于其中元素的种类和相对比例。
4. 化学反应化学反应指的是物质在一定条件下发生的变化过程。
第七版普通化学知识点中介绍了化学反应的不同类型,包括氧化还原反应、酸碱中和反应、置换反应等。
化学反应可以通过化学方程式来表示,方程式中包括反应物、生成物和配平系数。
理解化学反应可以帮助我们预测和解释许多化学现象。
5. 平衡和化学动力学化学反应通常在一定条件下达到平衡状态,平衡状态的化学反应称为平衡反应。
第七版普通化学知识点中介绍了平衡常数、平衡位置和平衡常数的计算等内容。
化学动力学研究化学反应速率和影响因素,对于分析和控制化学反应过程非常重要。
6. 酸碱反应和溶液酸碱反应是一种常见的化学反应类型。
第七版普通化学知识点中介绍了酸的定义、强弱和常见的酸性物质。
碱是指能与酸反应产生盐和水的物质。
普通化学课程设计1. 课程背景本课程是一门面向非化学专业学生的普通化学课程。
在本课程中,我们将让学生了解化学的基本概念、原理和实验技能,旨在培养学生的科学素养和实验能力。
2. 教学目标本课程的教学目标主要包括:1.了解化学的基本概念和原理。
2.掌握化学实验常识和实验技能。
3.培养学生的科学素养和实验能力。
3. 教学内容本课程将分为两个部分进行教学,分别是理论课和实验课。
3.1 理论课1.化学基本概念–原子、分子、离子–化学键与分子结构–化学反应与化学方程式2.化学反应的基本性质–反应物与生成物–物质的数量关系–反应速率3.化学平衡–平衡常数与平衡体系–影响平衡的因素–平衡与反应的联系4.酸碱理论–酸碱的基本性质–pH值和pOH值的计算–酸碱中和反应5.化学热力学–热力学基本概念–热能转化和传递–热力学第一定律和第二定律3.2 实验课本课程将开设3-4次化学实验课,主要包括以下实验内容:1.化学反应实验–铁离子与铜离子的置换反应–碳酸氢钠和盐酸的反应2.酸碱中和实验–弱酸和强碱的中和实验–弱碱和强酸的中和实验3.热化学实验–葡萄糖的燃烧实验–硫酸和钠的热化学反应实验4. 教学方法1.理论课采用讲授与互动相结合的教学方法,让学生能够参与到课堂互动中,掌握化学基本概念、原理与实际。
2.实验课采用指导式教学方法,让学生在指导下完成实验,掌握实验技能并培养实验习惯。
5. 评价方法1.理论课评价采用考试和作业相结合的方式,以检验学生对化学理论知识的掌握程度。
2.实验课评价采用实验报告和现场表现相结合的方式,以检验学生对实验技能和实验安全的掌握情况。
6. 教材本课程所选教材为《化学基础(普通高等教育“十三·五”国家级规划教材)》第4版。
7. 参考资料1.王永存. 化学实验技能手册[M]. 清华大学出版社, 2005.2.郭彬, 邬挺. 化学实验教学流程图解[M]. 化学工业出版社, 2015.3.张思思. 化学实验教学的重要性及践行方法[J]. 现代教育技术,2019(05): 71-72.。
2024普通化学课程大纲第一章:化学基础知识1.1 元素周期表- 元素周期表的组成和排列规律- 主要元素的性质和应用1.2 化学键和分子构造- 化学键的类型和形成- 分子构造和几何形状1.3 物质的性质和变化- 物质的物理性质和化学性质- 物质的相变和化学反应1.4 原子结构和化学反应- 原子结构的组成和性质- 化学反应的类型和能量变化第二章:无机化学2.1 酸碱中和反应- 酸碱中和的定义和原理- 酸碱中和反应的计算和应用2.2 氧化还原反应- 氧化还原反应的概念和规律- 氧化还原反应的平衡和电位2.3 重要无机化合物- 离子化合物的命名和性质- 金属与非金属的化合物和应用第三章:有机化学3.1 有机化合物的基本结构和类别- 烃类、醇类、酸类、醛类、酮类等有机化合物 - 有机化合物的命名和性质3.2 化学反应和有机合成- 元素有机化合物的合成和变化- 有机合成反应的机理和应用3.3 重要有机物- 高分子化合物和聚合反应- 有机物的功能性和应用第四章:化学分析4.1 定性分析方法- 常用的化学分析方法- 标记试剂的使用和分析结果的判断4.2 定量分析方法- 重量法和容量法的原理和应用- 分光光度法、电位滴定法等的操作和计算4.3 分离和提纯方法- 蒸馏、结晶、萃取等分离技术- 过滤、净化和分馏的应用第五章:化学与生活5.1 化学能源和环境- 化石燃料和可再生能源- 化学污染和环境保护5.2 化学与食品- 食品添加剂和防腐剂的作用- 化学反应在食品加工中的应用5.3 化学药品和医药- 药物的分类和作用机制- 药物合成和临床应用总结:通过本课程的学习,学生将理解化学的基本概念和原理,掌握化学反应的规律和应用,了解重要的无机和有机化合物,掌握化学分析的基本方法。
同时,学生还将认识到化学在生活中的重要性,包括能源、环境、食品和医药领域。
《普通化学》知识点整理普通化学是化学的基础学科,涵盖了化学的基本理论和实践知识。
下面对普通化学的知识点进行整理。
1.原子结构:-原子的组成:原子由质子、中子和电子组成。
-元素的原子序数:原子核中质子的个数,也是元素的标志。
-质子数和电子数:原子的电荷数为质子数,电子数与质子数相等。
-能级和轨道:电子围绕原子核的运动轨道,由能级和子能级组成。
-电子结构:描述原子中各轨道上电子的分布情况。
2.化学键和分子结构:-离子键:由正负电荷之间的吸引力形成,常见于金属和非金属之间的化合物。
-共价键:原子通过共享电子形成的键,常见于非金属之间的化合物。
-极性与非极性:分子中原子间电子的共享程度决定了分子的极性。
-分子结构:分子中原子之间的连结方式和空间布局的组合形式。
3.化学方程式和平衡:-化学方程式:用化学符号和化学式表示化学反应的过程。
-反应物和生成物:反应物参与反应的物质,生成物是反应后产生的物质。
-反应的热力学:反应的能量变化、熵变和自由能变化。
-化学平衡:反应物与生成物浓度达到一定比例时,反应达到平衡状态。
-平衡常数和平衡常量:表示反应体系平衡程度的量值。
4.反应速率和化学平衡:-反应速率:反应物消耗或生成物产生的速度。
-影响反应速率的因素:浓度、温度、催化剂和表面积等。
-平衡与动态平衡:反应在两个相反的方向上同时进行,最终达到一个稳定状态。
5.酸碱和盐:-酸碱理论:酸是能够提供H+离子的物质,碱是能够提供OH-离子的物质。
-pH和酸碱度:表示溶液酸碱性的指标,pH越低表示酸性越强。
-酸碱中和反应:酸和碱反应生成水和盐的反应。
-盐的命名:根据阳离子和阴离子的名称来给盐命名。
6.氧化还原和电化学:-氧化还原反应:包括氧化和还原两个反应过程。
-氧化剂和还原剂:氧化剂是接受电子的物质,还原剂是提供电子的物质。
-电池和电解:电池是将化学能转化为电能的装置,电解是利用电能促使非自发反应进行。
-电位和电极反应:电位是产生电流的动力,电极反应包括氧化和还原两种反应。
【科普】普通化学:原理与应用一、前言在日常生活中,化学无处不在。
它不仅存在于我们身边的物质之中,也深刻影响着我们的生活和环境。
而对于普通人来说,或许并不太理解化学的原理与应用。
本文将从普通化学的角度出发,深入浅出地介绍其基本原理和实际应用,帮助读者更好地理解这一学科的重要性与魅力。
二、普通化学的基本原理1. 原子结构与元素周期表从最基本的角度来看,物质是由原子构成的。
每种原子都由质子、中子和电子组成,而元素周期表则将所有元素按照其原子序数和原子结构进行了分类。
通过了解元素周期表,人们可以更好地理解元素之间的关系,以及它们在化学反应中的作用。
2. 化学键与分子结构原子通过化学键相互结合而形成分子。
这些化学键的不同类型决定了分子的性质和结构。
有机化合物、离子化合物、共价键和离子键等概念都是普通化学中的基本概念,也是理解化学反应和物质性质的关键。
3. 化学反应与能量转化化学反应是物质发生改变的过程,而这些变化往往伴随着能量的转化。
通过了解化学反应的类型和能量转化的规律,人们可以更好地理解燃烧、酸碱中和、电化学反应等日常生活中常见的化学现象。
三、普通化学的实际应用1. 化学在日常生活中的应用从清洁用品到药品,从食品加工到环境保护,化学无处不在。
肥皂的去污原理、抗生素的杀菌原理、防腐剂的作用机制等都属于普通化学的范畴。
对这些现象的理解,有助于人们更好地使用和处理化学制品,保护自己的健康和环境的良好状态。
2. 化学在工业生产中的应用从石油化工到冶金工业,从塑料合成到肥料生产,化学技术的应用正在推动着现代工业的发展。
通过了解化学原理,人们可以更好地设计和优化工业生产过程,提高生产效率和降低生产成本。
3. 化学在科学研究中的应用无论是天然界的生物化学现象还是人工合成的新材料,化学在科学研究中都发挥着不可或缺的作用。
通过对化学原理的深入理解,科学家们可以更好地解释和预测自然现象,推动科学技术的发展和创新应用。
四、总结与展望通过对普通化学的基本原理和实际应用的介绍,相信大家对这一学科有了更深入的了解。
普通化学第七版知识点总结普通化学是一门涵盖广泛化学知识的基础学科,对于初学者理解化学的基本原理和概念至关重要。
以下是对普通化学第七版的知识点总结。
一、化学热力学基础1、热力学第一定律能量守恒定律在热力学中的应用,即ΔU = Q + W。
内能的变化(ΔU)等于吸收的热量(Q)与做功(W)的总和。
2、焓(H)定义为 H = U + PV,在恒压条件下,ΔH = Qp,即反应的焓变等于恒压反应热。
3、熵(S)用于描述系统的混乱度,孤立系统的熵总是增加的(熵增原理)。
4、自由能(G)G = H TS,通过自由能的变化(ΔG)可以判断反应的自发性,当ΔG < 0 时,反应自发进行。
二、化学反应速率1、反应速率的表示通常用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。
2、浓度对反应速率的影响遵循质量作用定律,对于反应 aA +bB → cC + dD,反应速率 v= kA^mB^n。
3、温度对反应速率的影响温度升高,反应速率加快,遵循阿伦尼乌斯公式 k = A e^(Ea/RT)。
4、催化剂对反应速率的影响能改变反应历程,降低反应的活化能,从而加快反应速率。
三、化学平衡1、可逆反应与化学平衡在一定条件下,正逆反应速率相等时,体系达到化学平衡状态。
2、平衡常数对于反应 aA + bB ⇌ cC + dD,平衡常数 Kc = C^cD^d / A^aB^b。
3、影响化学平衡的因素浓度、温度、压力等的改变会导致平衡的移动,遵循勒夏特列原理。
四、溶液中的离子平衡1、酸碱平衡酸碱质子理论,酸是能给出质子的物质,碱是能接受质子的物质。
2、水的离子积(Kw)在一定温度下,Kw = H+OH,常温下 Kw = 10×10^-14。
3、酸碱的解离平衡酸或碱在溶液中的解离程度用解离常数(Ka 或 Kb)表示。
4、缓冲溶液能够抵抗少量外来酸碱或稀释的影响,保持 pH 相对稳定。
5、沉淀溶解平衡溶度积(Ksp)与离子浓度的关系可以判断沉淀的生成和溶解。
普通化学原理第四版答案1. 原子结构和化学键。
在化学中,原子结构和化学键是非常重要的概念。
原子是化学物质的基本单位,由质子、中子和电子组成。
原子中的质子和中子位于原子核中,而电子则围绕原子核运动。
化学键则是原子之间的相互作用,包括离子键、共价键和金属键等。
离子键是由正负电荷吸引形成的,共价键是由原子间的电子共享形成的,而金属键则是由金属原子之间的电子云形成的。
2. 化学反应和化学平衡。
化学反应是指化学物质发生变化,生成新的物质的过程。
化学平衡则是指在闭合系统中,反应物和生成物的浓度达到一定比例的状态。
化学反应可以分为吸热反应和放热反应,而化学平衡则可以通过化学平衡常数来描述。
3. 氧化还原反应。
氧化还原反应是化学反应中非常重要的一种类型,也称为氧化-还原反应。
在氧化还原反应中,物质失去电子的过程称为氧化,而物质获得电子的过程称为还原。
氧化还原反应在生活中有着广泛的应用,例如电池的工作原理就是基于氧化还原反应。
4. 化学热力学。
化学热力学是研究化学反应中能量变化的学科。
在化学热力学中,常常涉及到焓、熵、自由能等概念。
热力学定律和热力学方程式是描述化学反应中能量变化的重要工具。
5. 化学动力学。
化学动力学是研究化学反应速率和反应机理的学科。
在化学动力学中,常常涉及到反应速率常数、反应级数、反应速率方程等概念。
化学动力学的研究对于理解和控制化学反应过程具有重要意义。
6. 化学物质的性质。
化学物质的性质包括物理性质和化学性质。
物理性质是指物质的颜色、形状、密度等特征,而化学性质则是指物质与其他物质发生化学反应的能力。
了解化学物质的性质对于正确使用和处理化学物质具有重要意义。
7. 化学物质的分类。
化学物质可以根据其化学成分和性质进行分类,包括无机化合物、有机化合物、金属、非金属等。
不同类型的化学物质具有不同的性质和用途,对化学物质进行分类有助于我们更好地理解和利用化学物质。
8. 化学实验。
化学实验是化学学习中不可或缺的一部分,通过化学实验可以观察化学现象,验证化学理论,并培养实验操作能力和科学精神。
高三化学原子结构、化学键及分子结构、晶体结构知识精讲一. 本周教学内容:物质结构⎪⎩⎪⎨⎧晶体结构化学键及分子结构原子结构二. 教学要求:1. 掌握原子构成的初步知识。
2. 掌握原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及质量数与中子数、质子数之间的相互关系。
3. 掌握核外电子排布规律。
4. 掌握离子键、共价键、金属键的涵义。
5. 理解键的极性与分子极性的关系。
6. 了解分子间作用力、氢键的概念。
7. 掌握几种晶体类型的结构特点和性质。
三. 教学重点:1. 原子核外电子的排布规律。
2. 离子键、共价键的概念,能用电子式表示离子化合物和共价化合物及其形成过程。
3. 三种晶体的结构和性质。
四. 知识分析:1. “六种量”及其涵义 (1)质子数:即原子核内质子个数,也称为原子序数,它是决定元素品种的重要因素。
(2)中子数:即原子核内中子个数。
当质子数相同,而中子数不同时,便提出了同位素的概念。
(3)核外电子数:原子中,质子数等于电子数,因此整个原子不显电性;当质子数>电子数时,该微粒是阳离子,当质子数<电子数时,该微粒为阴离子。
(4)质量数:将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似值之和为质量数,用“A ”表示。
由于电子质量忽略不计,质量数可以近似地表示相对原子质量的大小。
(5)同位素的相对原子质量:其意义是某同位素的一个原子质量与C 12原子质量121的相对比值。
初中化学所学的相对原子质量实质上是同位素的相对原子质量。
例如:O 168的一个原子质量为kg 2610657.2-⨯,一个C 126的质量为kg 2610993.1-⨯ O 168的相对原子质量9949.1512110993.110657.22626=⨯⨯⨯=--(6)元素的相对原子质量:其意义是各种天然同位素的相对原子质量与它的原子所占的原子个数百分比的乘积之总和。
氧元素的相对原子质量[])(O Ar759.999949.15⨯=%+037.09991.16⨯%+204.09992.17⨯% 9994.15=注:我们在题中常用质量数代替同位素的相对原子质量,以此求得的结果称为元素的近似相对原子质量,如:氧元素的近似相对原子质量759.9916⨯=%037.017⨯+%204.018⨯+% 00445.16=2. 晶体类型与化学键、分子极性之间的关系:由上可知:① 离子晶体(或离子化合物)一定含离子键。
作业:P71:2,3,4,5,6;P83:2;3;P81:9; 更正:P71: 3. 给出电子在l = 4的5g 轨道的所有可能的量子数。
说明为什么不存在3f 轨道或4g 轨道。
为什么说只有原子序数从122 (121)开始的元素,5g 轨道才被电子所占有。
五、 多电子原子的核外电子排布i) 处理多电子原子的结构,必须采用近似方法 中心场近似只考察其中一个电子的运动,而把原子核对它的库仑吸引以及其他N -1个电子对它的库仑排斥笼统地看成是一个处在原子中心的正电荷Z* 对它的库仑吸引:V = -*2Z e 4r πε通过这个势函数,多电子原子就可以简单地当作单电子原子来处理。
这样,上一节处理单电子原子的全部结果,只要略作修正,都适用于多电子原子。
在多电子原子中,电子的运动状态也是由n , l , m l 和m s 四个量子数决定的,电子在由这四个量子数所决定的各运动状态上的空间分布特征完全和在单电子原子中一样。
在电荷为Z*的中心场作用下运动的电子的能量为:E = -Z m e h e *2422028n ε=-Z Eh *222nZ*称为作用在电子上的有效核电荷:Z* = Z -σσ称为屏蔽常数,其意义是:一个核电荷为Z (>1) 的多电子原子,作用在电子上的电荷不再是核电荷Z,而是扣除了其它电子的屏蔽作用以后的有效核电荷Z*。
要了解多电子原子的电子结构,关键在于确定其它电子对被考察的电子的屏蔽常数。
电子的“屏蔽作用”是广义的,它包括了内层电子的真实的屏蔽作用,也包括了同层电子及外层电子的排斥作用。
这是氢原子的1s, 2s, 3s轨道的边界图,每个球包含约90%的电子密度。
简单地讲,轨道尺寸正比于n2。
内层电子对外层电子的屏蔽效应大,外层电子对内层电子的屏蔽效应小。
ii) 斯莱特规则在量子力学中,这个屏蔽作用是通过光谱实验数据得到的。
1930年,美国的斯莱特(J. C. Slater) 提出了一套估算屏蔽常数的半经验规则,按量子数n和l的递增,把多电子原子的原子轨道按如下的顺序分组:(1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f) (5s, 5p)……可以按下面的简单规则估算一个电子对另一个电子的屏蔽系数:1. 处在右面的各轨道组内的电子对左面轨道组内的电子没有屏蔽作用,屏蔽系数为0;2. 在同一轨道组内的电子,除(1s)组的二个电子间的屏蔽系数为0.30外,其它各轨道组内电子间的屏蔽系数都是0.35;3. 主量子数为n-1的各轨道组内的电子对(ns, np)组各电子的屏蔽系数为0.85;4. 主量子数等于和小于n-2的各轨道组内的电子对(ns, np)组各电子的屏蔽系数均为1.00;5. 处在(nd)或(nf)组左面的各轨道组内的电子对(nd)或(nf)组内电子的屏蔽系数均为1.00。
多电子原子中原子轨道的能量不能再由主量子数单方面决定,主量子数n也应当用有效主量子数n*代替。
与各主量子数相对应的有效主量子数近似地为:主量子数n 1 2 3 4 5 6 有效主量子数n* 1 2 3 3.7 4.0 4.2 结果并不很精确,但是很方便,很实用。
一个内层电子不仅由于它靠近核,而且它被其它电子屏蔽得少,所以核对其吸引力强,它的能量低;而一个外层电子不仅由于它离核远,而且它受内层电子屏蔽多,所以核对其吸引力弱,它的能量高。
穿透作用电子在主量子数相同而角量子数不同的轨道上的径向分布不同,导致内层电子对它们的屏蔽效应不同,这种影响就称为穿透作用。
对主量子数相同而角量子数不同的轨道:电子的穿透能力:ns轨道> np轨道> nd轨道> ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅;内层电子对它们的屏蔽常数:σns < σnp < σnd < ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅;轨道能量:E ns < E np < E nd < E nf⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅,即n,l共同决定原子轨道能量。
在多电子原子中,角动量子数对原子轨道能量的影响起源于电子的径向分布。
角动量子数对轨道能量的影响,最终导致多电子原子中主量子数不同的原子轨道在能量上的翻转:原子轨道能量和原子序数关系图(Cotton,美国无机结构化学家,1962)全部原子的1s, 2s, 2p, 3s, 3p五个轨道的能量都保持如下的递增顺序:1s < 2s < 2p < 3s < 3p由于4s电子的穿透能力比3d电子强,在原子序数为18的氩前面,随原子序数增加,3d轨道的能量基本不变而4s 轨道的能量以较大的趋势下降,Z=14 (Si) - Z=19 (钾),E4s < E3d原子序数为19的19K原子的19个核外电子中,18个电子分别占满了1s; 2s, 2p; 3s, 3p的9个轨道以后,第19个电子处在3d轨道还是处在4s轨道?按斯莱特规则作计算,给出第19个电子分别处于这二个轨道时的能量为:E = -Z m ehe*242228nε=-Z Eh*222n第19个电子处于3d轨道第19个电子处于4s轨道σ3d = 18 ⨯ 1.00 = 18.00Z*3d = 19 - 18.00 = 1.00E3d = -1002322.⨯= - 0.0556 a.u.σ4s = 8 ⨯ 0.85 + 10 ⨯ 1.00 = 16.80Z*4s = 19 - 16.80 = 2.20E4s = -22023722..⨯= - 0.177 a.u.由于屏蔽效应不同,K原子的最后一个电子处在4s轨道上的能量要比处在3d轨道上低很多一旦在4s轨道上有了电子,由于4s电子对3d电子的屏蔽小,有效核电荷的显著增加就导致3d轨道能量的急剧下降,在Z= 21 (Sc)-30 (Zn)间,E3d急剧下降到接近并略小于E4s;到Z=30后,3d轨道的能量继续下降到与3p轨道相接近的程度。
4d和5s轨道之间也有类似的情况出现:在Z = 37的Rb 前,E4d > E5s;在Z = 37 - 39间,E4d急剧下降到接近E5s;在Z = 39 - 49间,E4d接近并略小于E5s;到Z = 49后,E4d 继续下降到与E4p相接近的程度。
原子轨道在能量上的这种变化特征最终决定了多电子原子的电子结构。
iii) 电子排布原则a)总原则-“能量最低原理”电子首先占据能量低的轨道,要做到这一点,必须符合以下两个原则b)Pauli原则,又称Pauli不相容原理,即:“在同一原子中没有4个量子数完全相同的电子”换句话说:“在同一原子中,没有运动状态完全相同的电子”Pauli原理规定了每个由n和l所决定的轨道组可能容纳的电子数,如n s轨道最多能容纳2个电子,n p轨道最多能容纳6个电子,n d轨道最多能容纳10个电子,n f轨道最多能容纳14个电子等(为什么?)。
c) 洪德规则1925年,德国的洪德提出如下二条规则,分别称为洪德第一规则和第二规则(又称等价轨道理论)。
第一规则:在填充角量子数相同的各个轨道(简并轨道)时,电子总是先按自旋平行的方式单独地占有各个轨道,而后再配对。
第二规则:角量子数相同的轨道组处于半充满或全充满状态时,体系的能量低,这二种状态相对比较稳定。
d)构造原理波尔指出:如果从氢原子开始,按照核内增加一个质子,核外增加一个电子的方式逐个构建原子,那么随着原子序数递增,每个新增加的核外电子将按如下的顺序陆续填满各组原子轨道:1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→4f→5d→6p→7s→5f→6d→7p这是每个新增加电子陆续进入的轨道顺序,这条经验规则就叫构造原理。
占有这些轨道的元素还没有被发现当电子严格按泡里原理、构造原理和洪德规则的规定在各轨道分布时,原子的能量是最低的。
这种能量最低的状态称为原子的基态,其它状态就都是原子的激发态。
原子的激发态很多,而基态只有一种,原子的电子结构指的是原子的基态电子构型。
按构造原理,电子先填充1s轨道;按泡里原理1s轨道只能容纳2个电子。
原子序数为1和2的H和He原子满足这二个条件,他们的基态电子构型的表示式分别为:Z = 1 H:1s1(1,0,0,+1/2);Z = 2 He:1s2(1,0,0,+1/2);(1,0,0,-1/2)1s轨道被电子填满后,电子就依次填充2s和2p轨道。
所以原子序数为3到10的8种元素原子的基态电子构型依次为:原子序数元素符号原子的基态电子构型电子构型的轨道图式3 4 5 6 7 8 9 10 LiBeBCNOFNe1s22s11s22s21s22s22p11s22s22p21s22s22p31s22s22p41s22s22p51s22s22p6或[He]2s1或[He]2s2或[He]2s22p1或[He]2s22p2或[He]2s22p3或[He]2s22p4或[He]2s22p5或[He]2s22p62p轨道填满以后,按构造原理,电子将进一步依次填入3s, 3p ⋅⋅⋅⋅⋅⋅等轨道。
表18-2给出了根据原子光谱得出的全部多电子原子的基态电子构型(原子实):原子序数元素电子构型原子序数元素电子构型原子序数元素电子构型1 2 3 4 5 6 7 8 910111213141516171819202122232425262728293031323334353637HHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSClArKCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRb1s11s2[He]2s1[He]2s2[He]2s22p1[He]2s22p2[He]2s22p3[He]2s22p4[He]2s22p5[He]2s22p6[Ne]3s1[Ne]3s2[Ne]3s23p1[Ne]3s23p2[Ne]3s23p3[Ne]3s23p4[Ne]3s23p5[Ne]3s23p6[Ar]4s1[Ar]4s2[Ar]3d14s2[Ar]3d24s2[Ar]3d34s2[Ar]3d54s1[Ar]3d54s2[Ar]3d64s2[Ar]3d74s2[Ar]3d84s2[Ar]3d104s1[Ar]3d104s2[Ar]3d104s24p1[Ar]3d104s24p2[Ar]3d104s24p3[Ar]3d104s24p4[Ar]3d104s24p5[Ar]3d104s24p6[Kr]5s138394041424344454647484950515253545556575859606162636465666768697071727374SrYZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeCsBaLaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLuHfTaW[Kr]5s2[Kr]4d15s2[Kr]4d25s2[Kr]4d45s1[Kr]4d55s1[Kr]4d55s2[Kr]4d75s1[Kr]4d85s1[Kr]4d10[Kr]4d105s1[Kr]4d105s2[Kr]4d105s25p1[Kr]4d105s25p2[Kr]4d105s25p3[Kr]4d105s25p4[Kr]4d105s25p5[Kr]4d105s25p6[Xe]6s1[Xe]6s2[Xe]5d16s2[Xe]4f15d16s2[Xe]4f36s2[Xe]4f46s2[Xe]4f56s2[Xe]4f66s2[Xe]4f76s2[Xe]4f75d16s2[Xe]4f96s2[Xe]4f106s2[Xe]4f116s2[Xe]4f126s2[Xe]4f136s2[Xe]4f146s2[Xe]4f145d16s2[Xe]4f145d26s2[Xe]4f145d36s2[Xe]4f145d46s275767778798081828384858687888990919293949596979899100101102103104105106107108109ReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRnFrRaAcThPaUNpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLrUnqUnpUnhUnsUnoUne[Xe]4f145d56s2[Xe]4f145d66s2[Xe]4f145d76s2[Xe]4f145d96s1[Xe]4f145d106s1[Xe]4f145d106s2[Xe]4f145d106s26p1[Xe]4f145d106s26p2[Xe]4f145d106s26p3[Xe]4f145d106s26p4[Xe]4f145d106s26p5[Xe]4f145d106s26p6[Rn]7s1[Rn]7s2[Rn]6d17s2[Rn]6d27s2[Rn]5f26d17s2[Rn]5f36d17s2[Rn]5f46d17s2[Rn]5f67s2[Rn]5f77s2[Rn]5f76d17s2[Rn]5f97s2[Rn]5f107s2[Rn]5f117s2[Rn]5f127s2[Rn]5f137s2[Rn]5f147s2[Rn]5f146d17s2[Rn]5f146d27s2[Rn]5f146d37s2[Rn]5f146d47s2[Rn]5f146d57s2[Rn]5f146d67s2[Rn]5f146d77s2大多数原子的基态电子构型都与根据泡里原理,构造原理和洪德规则所作的判断相一致。