第5章物质结构基础《普通化学》(第五版)PPT课件

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普化第一章

由一系列表征体系性质的物理量所确定下来的体系的存在形式称为体系的状态。
用来描述体系状态的物理量（p、T、V、H、 U…）叫做状态函数。
状态函数的特征
体系状态一定，状态函数值一定
体系变化时，状态函数值的变化只与体系的始态和终态有关，而与变化途径无关
循环过程状态函数的变化值为零
1.1.3 过程和途径
1.1 热力学基本概念
热力学:专门研究能量相互转变过程中所遵循的规律的一门科学。
化学热力学:用热力学的理论和方法研究化学反应过程的能量变化问题、化学反应方向问题以及化学反应进行的程度问题。
1.1.1 体系和环境
被划分出来作为研究对象的那部分物质或空间称为体系(系统）。
体系之外并与体系有密切联系的那部分物质或空间称为环境。
体系分类：敞开体系封闭体系孤立体系依据：根据体系与环境之间有无物质和能量交换。
敞开体系：体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。
封闭体系:体系与环境之间只有能量交换，而没有物质交换。
孤立体系：体系与环境之间既没有物质交换也没有能量交换。
敞开体系
封闭体系
孤立体系
1.1.2 状态和状态函数
始态
p1=100 kPa T1=298K
恒温过程
p2=200 kPa T1=298K
恒压过程
恒压过程
p1=100 kPa T2=398K
恒温过程
p2=200 kPa T2=398K
终态
1.1.4 热力学能
热力学能(内能): 是体系内各种形式的能量的总和，用符号U
表示。单位: J 或 kJ
热力学能特点: 状态函数; 其绝对值不可测量; 具有加和性
1.1.5 热和功

普通化学答案

第五章物质结构基础课后部分习题答案8.写出下列各种离子的外层电子分布式，并指出它们各属于何种外层电子构型。

2+2+2++2-2+4+12.试写出下列各化合物分子的空间构型，成键时中心原子的杂化轨道类型分子的电偶极矩。

（1）SiH4正四面体 SP 3μ=0（1）H2S V字型不等性SP 3 μ≠0（3）BCl3平面三角形 SP 2μ=0（4）BaCl2 直线 SP μ=0（5）PH3 三角锥不等性SP 3 μ≠014.下列各物质的分子之间，分别存在何种类型的作用力？（1）H2 色散力（2）SiH4 色散力（3）CH3COOH 色散力+诱导力+取向力+氢键（4）CCl4 色散力（5）HCHO 色散力+诱导力+取向力18.判断下列各组物质熔点的高低，并解释说明（1）SiF4<SiCl4<SiBr4<SiI4因为晶体中分子量增大，色散力增大，所以沸点升高。

（2）PI3>PBr3>PCl3>PF3道理同上。

19.试判断下列各种物质各属何种晶体类型以及格点上微粒间的作用力，写出熔点由高到低的顺序。

（1）KI (2)SiC (3)HI (4)BaO练习题一、选择题1、下列有关电子运动状态的描述，正确的是：（）A. s电子绕核作圆周运动B. 原子中电子的运动状态可以用四个量子数确定C. p 电子绕核走“8”字D. 电子在固定的轨道上不停地自旋 2、核外电子运动的特征是：（）A. 绕核高速旋转B. 具有无穷大的动能C. 有确定的运转轨道D. 具有波粒二象性 3、近代原子结构理论中的原子轨道是指：（）A. 电子绕核运动的轨迹B. 波函的平方2||ψ C. 电子云 D. 波函数ψ4、主量子数为3的电子层中：（）A. 只有s 和p 轨道B. 只有s 、p 和d 轨道C. 只有s 轨道D. 有s 、p 、d 和f 轨道 5、下列各组量子数取值合理的是：（）A. n=2 l =1 m=0 m s =0B. n=7 l =1 m=0 m s =+21C. n=3 l =3 m=2 m s =－21 D. n=3 l =2 m=3 m s =－21 6、钠原子1s 轨道能级E 1s,Na 与氢原子1s 轨道能级E 1s,H 的相对高低为：（）A. E 1s,Na =E 1s,HB. E 1s,Na ＜E 1s,HC. E 1s,Na ＞E 1s,HD. 无法比较 7、下列用量子数描述的、可以容纳电子数最多的电子亚层是：（）A. n=2,l =1B. n=3,l =2C. n=4,l =3D. n=5,l =0 8、决定多电子原子系统原子轨道能级大小的量子数是：（）A. n 和mB. l 和mC. n 和m sD. n 和l 9、屏蔽效应所起作用是：（）A. 对核电荷的增强作用B. 对核电荷的抵消作用C. 正负离子间的吸引作用D. 电子层的排斥作用二、填空题1、波函数ψ是描述数学函数式，它和是同义词，|ψ|2的物理意义是，电子云是的形象化表示。

第5章物质结构基础《普通化学》(第五版)PPT课件

pz轨道投影
dxy轨道投影
图5.5 原子轨道形状
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15
(3) 磁量子数 m 的物理意义：
m 的取值: m = 0,1,2,···l, 共可取2l + 1个值确定原子轨道的伸展方向
除s轨道外,都是各向异性的
p轨道, m=-1,0,+1,有三个伸展方向 d轨道, m=-2,-1,0,+1,+2有五个伸展方向
r2 = x2 + y2 + z2
r
θ
• P(x,y,z)
z = r cos θ
φ
rsin y
x
x = r sinθ cos φ
y = r sin θ sin φ
图5.3 球面坐标变换
r12 rr2 rr2s1in(sin )r2s1i2n 22 82m(EV)0
h2
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10
31
6 多电子原子轨道的能量估算
多电子原子存在能级交错的现象，如何估算主量子数n和角量子数l 不相同的两个能级的能量高低呢？
我国化学家徐光宪教授根据原子轨道能量与量子数n 和l 的关系，归纳得到了一个近似规律：
l=p
不同时，可以
n =3
l=s
发生能级交错
的现象。
n =2
n =1
l 相同时
n 相同时
图5-11 不同量子数的原子轨道能级
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23
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24
5.2.2 核外电子分布原理与方式
原子核外电子的分布要服从以下规则：泡里不相容原理能量最低原理洪德规则
此外，还有一些其它的补充规则，用以解释以上规则不足以说明实验事实的一些特例。

大学普通化学-课件

。
04
化学实验基础
实验安全与操作规范
01
实验安全须知
了解实验中可能存在的危险因素，遵守实验室安全规定，确保自身和他人安全。
02
实验操作规范
03
实验器材使用
掌握实验操作流程，严格按照实验步骤进行操作，避免因操作不当引发事故。
正确使用实验器材，了解各类器材的用途、使用方法和注意事项。
实验设计与数据处理
有机化合物与高分子材料
01
02
03
04
有机化合物是指含碳元素的化合物，其种类繁多，性质各异
。
有机化合物在工业、农业、医药、环保等领域具有广泛的应用，如塑料、合成纤维、农药
等。
高分子材料是指分子量较大的有机化合物，其具有优良的力
学性能和化学稳定性。
高分子材料在工业、农业、交通、通讯等领域具有广泛的应用，如合成橡胶、合成纤维等
化学在工业生产中的应用
农业
化肥、农药、植物生长调节剂等。
制造业
材料合成、表面处理、电镀等。
能源
石油、天然气、太阳能等的开采和利用。
环保
污水处理、大气治理等。
化学前沿科技与发展趋势
纳米技术
纳米材料、纳米药物等。
绿色化学
环境友好型的合成方法、反应条件等。
生物技术
基因工程、蛋白质工程等。
新能源
燃料电池、太阳能电池等。
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目录
• 化学基本概念 • 化学反应原理 • 元素与化合物性质 • 化学实验基础 • 化学应用与前沿科技
01
化学基本概念
化学的定义与性质
总结词
理解化学的本质和特性是学习化学的基础。

《有机化学》第五版ppt文档全文免费预览

如频哪醇重排、贝克曼重排等，涉及碳正离子或碳负离子的重排
过程。
05
有机化合物的结构与性质
有机化合物的结构表示方法
构造式
用元素符号和短线表示化合物分子中原子的排列和结合方式的式子。包括分子式、结构式和结构简式。
空间构型
用模型或图形表示有机分子中原子或原子团的相对空间位置。包括球棍模型、比例模型和空间填充模型。
有机化学与医药科学
01
02

药物合成
有机化学是药物合成的基础，通过有机合成可以制备出具有特定药理活性的药物分子。
药物分析
有机化学方法可用于药物的质量控制和分析，确保药物的纯度和有效性。
药物设计与优化
基于有机化学原理，可以设计和优化药物分子的结构，提高药物的疗效和降低副作用。
有机化学与材料科学
反应等。
醇、酚、醚
醇
醇是脂肪烃基与羟基直接相连的有机化合物。根据羟基所连碳原子的类型不同，醇可分为伯醇、仲醇和叔醇。醇具有亲水性，能与水形成氢键，因此易溶于水。此外，醇还能发生氧化、酯化、脱水等反应。
酚
酚是芳香烃环上的氢原子被羟基取代的有机化合物。酚具有特殊的芳香气味，微溶于水，易溶于有机溶剂。酚具有弱酸性，能与碱反应生成盐和水。此外，酚还能发生氧化、取代等反应。
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• 绪论 • 烃类化合物 • 烃的衍生物 • 有机合成与反应机理 • 有机化合物的结构与性质 • 有机化学在日常生活中的应用
01
绪论
有机化学的研究对象
碳氢化合物
有机功能材料
研究碳氢化合物及其衍生物的结构、性质、合成和反应机理。
研究具有光、电、磁等特殊功能的有机材料的设计、合成与应用。

人教版高中化学选修五课件第五章第一节

由此分析，这种高分子化合物的单体至少有 ______种，它们的结构简式为____________ ____________________________________。合成该高分子化合物的反应类型是______。
【解析】从本题所示的高分子化合物的长链结构中可以看出多次出现酯结构的结构单元，所以这种高分子化合物是由酸与醇缩聚而成的聚酯。据长链可以得知结合处为，则断裂处亦为,
【解析】热的磷酸钠溶液碱性较强，洗去油污效果较好。从高聚物的结构简式很容易看出其单体是CH2==CHCN、 CH2==CHCH==CH2、。银氨溶液的配制方法：在硝酸银溶液中逐滴加入稀氨水至生成的沉淀恰好溶解为止。
【答案】 (1)除去塑料工件表面的油污 (2)CH2==CHCN CH2==CH—CH==CH2
课堂达标即时巩固
热点示例思维拓展
[经典案例] 塑料电镀制品具有优良的性能, 塑料件电镀后，既保持了塑料的质量轻、抗腐蚀性强、成型容易等特点，又赋予其金属的导电性、装饰性等。简要流程如下：
试回答下列问题： (1)用热的磷酸钠溶液洗涤塑料制品的目的是： ________.加聚产物单体的判断 (1)凡链节的主链只有两个碳原子(无其他原子)的聚合物，其合成单体必为一种，将链节两端两个半键断开向内闭合即可。
(2)凡链节主链上只有四个碳原子(无其他原子)且链节无双键的聚合物，其单体必为两种，在链节两端及正中央划线断开，然后左右两个半键闭合即可。
(3)凡链节主链中只有碳原子，并存在碳碳双键()结构的聚合物，双键前后各两个碳原子划线断开，形成间二烯烃结构，其规律是“ 凡双键，四个碳；无双键，两个碳”从一端划线断开，隔一键断一键，然后将半键闭合，即单双键互换。

普通化学PPT课件

无机化合物的制备与分离
01
02
03
04
制备方法
通过化学反应制备无机化合物，如电解法、热分解法、复分
解法等。
分离技术
根据无机化合物的性质差异，采用不同的分离技术，如蒸馏
、萃取、重结晶等。
实验操作
在实验室中通过实验操作制备和分离无机化合物，如沉淀法、结晶法、离子交换法等。
工业生产
在工业生产中采用大规模制备和分离技术，如电解法、热解
非金属化合物
非金属元素之间形成的化合物，如二氧化碳、二氧化硫等。
离子化合物
由正离子和负离子结合形成的化合物，如氯化铵、氢氧化钠等。
共价化合物
原子之间通过共享电子形成的化合物，如氢气、氧气等。
配位化合物
由配位体和中心原子通过配位键结合形成的化合物，如硫酸铜等。
酸碱盐
酸是解离时产生的阳离子全部是氢离子的化合物；碱是解离时产生的阴离子全部是氢氧根离子的化合物；盐是金属阳离子和酸根阴离子构成的化合物。
当的官能团作为主链，按照碳原子数从多到少的顺序编号，并标明取代
基的位次和名称。
有机化合物的结构与性质
共价键
有机化合物分子中原子间通过共用电子对形成的相互作用称为共价键。共价键的类型包括单键、双键和三键，它们决定了有机化合物的化学性质。
分子构型与构象
分子中原子在空间的排列方式称为构型，而由于分子内或分子间相互作用导致的暂时性空间排列称为构象。构型和构象的改变会影响有机化合物的物理性质和化学性质。
有机反应机理
了解有机反应机理有助于理解反应是如何进行的，从而更好地选择反应条件和控制反应过程。掌握不同类型的有机反应机理，如亲核反应、亲电反应、自由基反应等，对于进行有机合成具有重要意义。

《普通化学》课程学习指南

《普通化学》课程学习指南根据知识模块顺序，教学要求如下一、理论课学习指南第一章热化学与能源基本要求知识点：热力学第一定律，热效应，反应焓变，盖斯定律。

学习目标：了解用弹式热量计测量等容热效应（Qv）的原理，熟悉Qp的实验计算法，了解状态函数的意义，了解化学反应中的焓变的关系；了解Qv与化学反应的内能的关系；初步掌握化学反应的标准摩尔焓变（△rH mθ）的近似计算，适当了解能源中的燃料燃烧反应的热效应。

第二章化学反应的基本原理与大气污染控制知识点：环境化学，热力学第二定律，热力学等温方程，热力学第三定律，标准平衡常数，多重平衡规则，质量作用定律，吉布斯函数变判据，化学平衡的移动原理。

学习目标：了解化应中的熵变及吉布斯函数变在一般条件下的意义；初步掌握化学反应的标准摩尔吉布斯函数变（△rGmθ）的近似计算；能应用△rGm 或△rGmθ判断反应进行的方向；理解标准平衡常数（Kθ）的意义及其与△rGmθ的关系，并初步掌握有关计算；理解浓度，压力和温度对化学元素反应的影响；了解浓度，温度与反应速率的定量关系，了解基元反应和反应级数概念；能用阿仑尼乌斯公式进行初步计算；能用活化能和活化分子的概念说明浓度，催化剂对化学元素反应速率的影响；了解环境化学元素中大气主要污染物及其防治。

第三章水溶液化学知识点：共轭酸碱对，缓冲溶液，溶度积，溶液的通性，酸碱解离平衡，难溶电解质。

学习目标：了解溶液的通性（蒸气压下降，沸点上升，凝固点下降及渗透压）；明确酸碱的解离平衡，分级解离和缓冲溶液的概念，能进行溶液pH的基本计算，能进行同离子效应，等离子平衡如缓冲溶液的计算，了解配离子（络离子）的解离平衡移动；初步掌握溶度积和溶液解的基本计算；了解溶度积规则及其应用；了解环境化学中水的主要污染物及其某些处理方法的原理。

第四章电化学与金属腐蚀知识点：电极，氧化还原电对，电极电势，原电池，电动势，电解，化学电源，析氢腐蚀，吸氧腐蚀。

学习目标：了解电极电势的概念，能用能斯特方程式进行有关计算；能应用电极电势的数据判断氧化剂和还原剂的相对强弱及氧化还原反应自发进行的方向和程度；了解摩尔吉布斯函数△rGmθ与原电动势，△rGmθ与氧化还原反应平衡常数的关系；联系电极电势概念，了解电解的基本原理，了解电解在工程实际中的某些应用；了解金属腐蚀及防护原理。

普通化学第五章优秀课件

一、波粒二象性
二十世纪初，人们就认识到光具有波粒二象性：波动性—λ、v；粒子性—E、p。
E hv p h
1924年，法国物理学家德布罗依认为，既然光具有粒子性，那么微观的实物粒子如质子、电子等也可以具有波动性，其波长也可以表示为：
λ h h ——德布罗依公式
pபைடு நூலகம்m
m—电子质量 h—普朗克常数
p—电子动量 —电子速度根据这一公式，可以算出电子的波长：
9 .1 6 1 .6 0 2 6 3 1 k 1 g 0 1 3 4 0 J 6m ss-1 7 .3 1 0 1 0 0 .7 3 n m
这相当于x射线的波长范围。1927年，美国科学家Davison等人，进行电子衍射实验(electron diffraction)，得到的衍射图与x射线的衍射图完全一致，证明了德布罗依的预言。后来，又陆续证明了质子、中子、原子等实物粒子都具有波粒二象性。
因为
2.1791018
E
n2
所以谱线频率
E E2 E1
hh
h 1(2.1n 7 2 2 1 9 0 18 2.1n 7 1 21 9 0 18 )
2.1791018 1 1 6.6261034 ( n22 n12 )
3.29
1015
(
1 n12
1 n22
)
玻尔理论成功地解释了氢原子光谱产生的原因和规律性。他的理论关键在于引入了量子化的概念，认为电子的运动状态是定态的，不连续的，所以电子跃迁发射出的原子光谱也是线状的，不连续的。这条基本思想在现代结构理论中被保留下来。
§5-1 氢原子光谱和玻尔理论
(Spectrum of hydrogen and Bohr’s theory)

普通化学(第五版)浙江大学普通化学教研组

物理学
数
学
了解定容热效应(qv)的测量原理。熟悉qv的实验计算方法。了解状态函数、反应进度、标准状态的概念和热化学定律。理解等压热效应与反应焓变的关系、等容热效应与热地质与环天文学力学能变的关系。
化学
境科学
掌握标准摩尔反应焓变的近似计算。了解能源的概况，燃料的热值和可持续发展战略。
1930年美国化学家鲍林（L.Pauling， 1930年，美国化学家鲍林（L.Pauling， 1901－1994）和德国物理学家J.C.Slater 1901－1994）和德国物理学家J.C.Slater 1900－1976）（1900－1976）把量子力学处理氢分子的成果推广到多原子分子体系，建立了价键理论推广到多原子分子体系， VBT）。阐明了共价键的方向性和饱和性，）。阐明了共价键的方向性和饱和性（VBT）。阐明了共价键的方向性和饱和性，指出了由于原子轨道重叠方式不同而形成的σ 指出了由于原子轨道重叠方式不同而形成的σ 键和π键这两种基本共价键类型。键和π键这两种基本共价键类型。
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3
化学是研究从原子，分子片，分子，超分子，化学是研究从原子，分子片，分子，超分子，生物大分子，分子，到分子的各种不同尺度和不同复杂程度的聚集态的合成和反应，分离和分析，结构和形态，的合成和反应，分离和分析，结构和形态，物理性能和生物活性及其规律和应用的科学。（徐光宪）。（徐光宪生物活性及其规律和应用的科学。（徐光宪）
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法国化学家拉瓦锡1783年出版名著“关于燃素的回顾” 法国化学家拉瓦锡1783年出版名著“关于燃素的回顾”，提 1783年出版名著出燃烧的氧化学说。出燃烧的氧化学说。拉瓦锡1789年出版了“初等化学概论” 1789年出版了拉瓦锡1789年出版了“初等化学概论”，首次给元素下了一个科学和清晰的定义：个科学和清晰的定义：“元素是用任何方法都不能再分解的简单物质” 以科学元素说取代了传统思辨的旧元素论。物质”。以科学元素说取代了传统思辨的旧元素论。揭开了困惑人类几千年的燃烧之谜，以批判统治化学界近百年的“燃素说” 人类几千年的燃烧之谜，以批判统治化学界近百年的“燃素说” 为标志，发动了第二次化学革命，被誉为“化学中的牛顿” 为标志，发动了第二次化学革命，被誉为“化学中的牛顿”。

普通化学原理上课讲义

化学平衡一章恒温恒压、无非体积功
氧化还原反应一章恒温恒压、有非体积功
酸碱平衡沉淀溶解平衡络合解离平衡氧化还原平衡
主要讨论与溶液相关的反应
常见离子的分离
Zn2+，Cu2+，Ag+，Cr3+，Al3+ 几种离子存在于同一溶液中离子的分离将用到四大平衡
Zn2+，Cu2+，Ag+，Cr3+，Al3+
HCl（aq）
AgCl
Zn2+，Cu2+，Cr3+，Al3+
0.3 mol·dm－3 盐酸，H2S
CuS
Zn2+，Cr3+，Al3+
NH3·H2O，H2O2
A（l OH）3
Zn（NH3）42+， CrO42－
Ba2+
BaCrO4
Zn（NH3）42+
Zn2+，Cu2+，Ag+，Cr3+，Al3+
HCl（aq）
涉及沉淀溶解平衡、络合解离
平衡和氧化还原平衡。
Zn（NH3）42+， CrO42－
Ba2+
BaCrO4
Zn（NH3）42+
涉及沉淀溶解平衡
原子结构分子结构晶体结构配位化合物结构
研究无机物结构的理论基础
可以从结构上分析 SiCl4 水解反应进行的机理。
关键是 Si 有 3d 空轨道，当 H2O 分子以其具有孤电子对的负电性的 O 端与中心 Si 接近时
AgCl
Zn2+，Cu2+，Cr3+，Al3+
涉及沉淀溶解平衡

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r2 = x2 + y2 + z2
r
θ
• P(x,y,z)
z = r cos θ
φ
rsin y
x
x = r sinθ cos φ
y = r sin θ sin φ
图5.3 球面坐标变换
r12 rr2 rr2s1in(sin )r2s1i2n 22 82m(EV)0
h2
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10
德·布罗意(de ·Broglie)提出微观粒子也具有波的性质，并假设：
= h / mv
式中，为粒子波的波长；v为粒子的速率，m为粒子
的质量
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6
电子衍射实验示意图
1927年，粒子波的假设被电子衍射实验所证实。
晶片光栅
定向电子射线
衍射图象
图5.1 电子衍射示意图
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量子数
(1) 主量子数 n 的物理意义：
n 的取值：n = 1，2，3，…
n = 1，2，3，4, ···对应于电子层K，L，M，N, ··· 表示核外的电子层数并确定电子到核的平均距离确定单电子原子的电子运动的能量
求解H原子薛定谔方程得到：每一个对应原子轨道中电子的能量只与n有关：
En = (–1312 / n2) kJ·mol ˉ1 n的值越大，电子能级就越高。
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14
(2) 角量子数 l 的物理意义：
l 的取值：l = 0,1,2,3,···, (n – 1)
ψ(r, θ, φ) = R(r)·Y(θ, φ)
氢原子的波函数如下(其中2px和2py由ψ(2,1,-1)和ψ(2,1,1)线性组合而成)。
n,l,m 轨道 ψ(r, θ, φ)
R(r)
Y(θ, φ)
1,0,0 1s
2,0,0 2s
2,1,0 2pz
2px 2,1,±
1
2py
1
a
3 0
e
r
/
a0
2
5 了解分子间作用力以及晶体结构与物质物理性质的关系。
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2
第5章目录
➢ 5.1 原子结构的近代概念 ➢ 5.2 多电子原子的电子分布方式和周期系 ➢ 5.3 化学键与分子间相互作用 ➢ 5.4 晶体结构
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3
5.1 原子结构的近代概念
思考两个问题：
7
3 氢原子光谱示意图
氢放电管
狭缝
棱镜
电子束
电子束
415nm 435nm 487nm
660nm
图5.2 氢原子光谱示意图
1 R(n12
1 n22
)
式中，R为常数，n1、n2必须是正整数且n1<n2
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8
4 波函数与量子数
1926年，奥地利物理学家薛定谔（Schrödinger）提出了微观粒子运动的波动方程，即薛定谔方程：
1
a
3 0
e
r
/
a0
1 4
1
2a03
(2 r )er/2a0 a0
1 8a03
(2
r a0
)er
/
2a0
1 4
1
2a03
( r )er/2a0 a0
c
os
1 4
21a03(ar0)er/2a0 sincos
1 24a03
(r a0
)er
/ 2a0
1 4
21a03(ar0)er/2a0 sinsin
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氢原子的1s轨道：角度部分为 1/ 4 ，是一个与角度无关的常数，其图像是一个半径为 1/ 4 的球面。
氢原子的2pz轨道：角度部分为 3/4cos，只与θ角度有关，
由于θ是r与z轴的夹角，其图像是一个沿z轴分布的互切双球面。在z轴正向，函数值大于0， z轴反向，函数值小于0。
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2 x2 2 y2 2 z28h 2 2 m (E V ) 0
其中，为波动函数，是空间坐标x、y、z 的函数。
E 为核外电子总能量，V 为核外电子的势能，h 为普朗克常数，m 为电子的质量。
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9
波函数
z
变换为球面坐标：
x = r sinθ cos φ y = r sin θ sin φ z = r cos θ
第5章
物质结构基础
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本章学习要求
1 了解原子核外电子运动的基本特征，明确量子数的取值规律，了解原子轨道和电子云的空间分布。 2 掌握核外电子排布的一般规律及其与元素周期表的关系。 3 了解化学键的本质及键参数的意义。 4 了解杂化轨道理论的要点，能应用该理论判断常见分子的空间构型、极性等。
1 4
1 4 3 cos 4
3 sin cos 4 3 sin sin 4
12
波函数是描述核外电子运动状态的函数，也称为原子轨道。
原子轨道与经典力学的轨道是完全不同的两个概念。之所以这样叫，只是沿用了“轨道”这个名称而已。波函数角度部分Y(θ, φ)在三维坐标上的图像称为原子轨道的角度分布，图像中的正、负号是函数值的符号。
在整个求解过程中，需要引入三个参数，n、l 和 m。结果可
以得到一个含有三个参数和三个变量的函数
= n, l, m(r, , )
n, l 和m的取值必须使波函数合理(单值并且归一)。结果如
下：n的取值为非零正整数，l 的取值为0到(n – 1)之间的整
数，而m的取值为0到± l 之间的整数。
由于上述参数的取值是非连续的，故被称为量子数。当n
、l 和 m 的值确定时，波函数(原子轨道)便可确定。即：每
一个由一组量子数确定的波函数表示电子的一种运
动状态。由波函数的单值性可知，在一个原子中，电子的
பைடு நூலகம்
某种运动状态是唯一的，即不能有两个波函数具有相同
的量子数。
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波函数可以被分解为径向部分R(r)和角度部分Y(θ, φ) ，即：
hv = mc2 = mcv
所以
= h / mc = h / p
式中，c 为光速, h为普朗克常数， h =6.62610-34J·sˉ1 ， p为光子的动量
光具有动量和波长，也即光具有波粒二象性。
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2 微观粒子的波粒二象性
光的波、粒二象性揭示了光被人们忽略的另一面，反之，粒子是否也具有被忽视的另一面，即波动性质呢？
化学是一门历史悠久的科学，但为什么现代化学直到20世纪初才开始迅速地发展？
现在人们以每年数十万计的速度在发现新的化合物。我们怎么知道它是新化合物？
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5.1.1 波函数
1 光的波粒二象性
20世纪初，爱因斯坦提出了质能转换关系：
由于
E = mc2 E = hv c = v

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