第一章-物质结构.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,无机化学,卫生职业技术教育课题,无机化学,教材编写组,主编 郭小仪 黄晓英,目 录,第一章 物质结构,第二章 溶液和胶体溶液,第三章 化学反应速率和化学平衡,第四章 氧化还原和电极电势,第五章 电解质溶液,第六章 缓冲溶液,第七章 配位化合物,第八章 常见非金属元素及其化合物,第九章 常见金属元素及其化合物,第一章 物质结构,第一节 原子结构,第二节 元素周期律和元素周期表,第三节 化学键,第四节 分子的极性,第五节 分子间作用力和氢键,第一节 原子结构,一、原子的组成,二、同位素,三、原子核外电子的运动状态,四、原子核外电子的排布,一、原子的组成,原子序数,=,核电荷数,=,核内质子数,=,核外电子数。,质量数（,A,）,=,质子数（,Z,）,+,中子数（,N,）,举例：,表示钠原子的质量数为,23,，质子数为,11,，中子数为,12,，核外电子数为,11,，钠是第,11,号元素；,表示氯原子的质量数为,37,，质子数为,17,，中子数为,20,，核外电子数为,17,，氯是第,17,号元素。,二、同位素,概念,质子数相同而中子数不同的同种元素的一组核素互称为同位素。,性质,同一元素的各种同位素原子，它们的核电荷数,(,质子数,),相同，核外电子数相同，而中子数不同，质量数不同，它们物理性质有差异，但化学性质几乎完全相同。,分类,二、同位素,应用,用于甲状腺功能亢进的诊断和治疗；放出的射线能深入组织，对癌细胞有破坏作用；含量的测定可推算文物或化石的“年龄”；用放射性同位素作示踪原子，研究药物的作用机制，药物的吸收和代谢等。近年来，放射性同位素的应用得到迅速发展，如放射性同位素扫描，已成为诊断脑、肝、肾、肺等病变的一种安全简便的方法。,二、同位素,三、原子核外电子的运动状态,(,一,),电子云,图中小黑点密集的地方，表示电子出现的概率大，黑点稀疏的地方，表示电子出现的概率小。其形象犹如笼罩在原子核周围的一层带负电荷的云雾，故称为电子云。,氢原子的电子云示意图,(,二,),核外电子的运动状态,1.,电子层,电子层值越大，电子离核越远，电子的能量越高。,2.,电子亚层：,n=1,有一个亚层，,1s,亚层；,n=2,有二个亚层，,2s,、,2p,亚层；,n=3,有三个亚层，,3s,、,3p,、,3d,亚层；,n=4,有四个亚层，,4s,、,4p,、,4d,、,4f,亚层；,同一电子层中，亚层电子的能量按,s,、,p,、,d,、,f,的顺序依次增大。,s,亚层的电子云是以原子核为中心的球形，,p,亚层的电子云为哑铃形。,d,亚层花瓣形、,f,亚层的电子云形状比较复杂。,3.,电子云的伸展方向,s,电子云是球形对称的，在空间各个方向上伸,展的程度相同，,p,电子云在空间有三种互相垂直的,伸展方向，,d,电子云有五种伸展方向，,f,电子云有七,种伸展方向。,把在一定电子层上，具有一定形状和伸展方向的电子,云所占据的空间称为一个,原子轨道,。,s,、,p,、,d,、,f,四个亚层,就分别有,1.3.5.7,个原子轨道。,电子层 亚层 原子轨道数,n=1 1s 1=12,n=2 2s,、,2p 1+3=4=22,n=3 3s,、,3p,、,3d 1+3+5=9=32,n=4 4s,、,4p,、,4d,、,4f 1+3+5+7=16=42,n,4.,电子的自旋,原子中的电子在围绕原子核旋转的同时，还在作自旋运动。电子自旋有两种状态，既顺和反两种方向。通常用向上箭头“”和向下箭头“表示。实验证明，自旋方向相同的两个电子相互排斥，不能在同一个原子轨道内运动。而自旋方向相反的两个电子相互吸引，能在同一个原子轨道内运动。每个原子轨道最多可以容纳自旋方向相反的两个电子。,四、原子核外电子的排布,（一）原子核外电子的排布规律,1.,泡利,(Pauli),不相容原理：,每个原子轨道最多只能容纳,2,个自旋方向相反的电子。或者说，在同一原子中，没有运动状态完全相同的电子存在。,电子层（,n,）,K,(,1,),L(2),M(3),N(4),电子亚层,s,s,p,s,p,d,s,p,d,f,亚层中的轨道数,1,1,3,1,3,5,1,3,5,7,亚层中的电子数,2,2,6,2,6,10,2,6,10,14,每电子层中可容纳电子的最多数目,2,8,18,32,2.,能量最低原理：,在不违背泡利不相容原理的前提下，核外电子总是尽先占有能量最低的轨道，只有当能量最低的轨道占满后，电子才依次进入能量较高的轨道,。,电子填入原子轨道,的顺序 如右图所示：,3.,洪特,(,Hund,),规则：,在同一亚层的各个轨道中，电子尽可能分占不同的轨道，且自旋方向相同。,例,1,以一个方框表示一个原子轨道，写出碳原子、氮原子核外电子排布的轨道式。,解：碳原子轨道式为：,而不是：或,同理氮原子轨道式为：,（二）,原子核外电子排布的表示方法,1.,原子结构示意图,氢原子 氧原子 钠原子 钙原子,2电子式,3.,电子排布式,氧,钠,钙,（二）,原子核外电子排布的表示方法,第二节 元素周期律和元素周期表,一、元素周期律,二、元素周期表,2.,元素的金属性、非金属性的递变规律,1.,随着原子序数的递增，元素原子的电子层排布和主要化合价都呈现,周期性,变化。,元素的金属性和非金属性强弱的判断依据：,一、元素周期律,元素的金属性,元素的金属性和非金属性强弱的判断依据：,元素单质与水或酸反应的难易 （易强）,元素最高价氧化物的水化物,R(OH),n,的碱性强弱 （强强）,元素的非金属性,元素单质与氢气反应的难易 （易强）,气态氢化物的稳定性 （稳定强）,元素最高价氧化物的水化物,（,H,a,XO,b,）的酸性强弱 （强强）,元素原子半径的变化示意图,元素周期律,元素的性质随着原子序数的递增而呈周期性变化的规律叫做元素周期律。,元素周期律的实质,元素性质的周期性变化是元素原子结构周期性变化的必然结果，这就是元素周期律的实质。,二、元素周期表,（一）元素周期表的结构,周期表,7,个周期,18,个纵行,16,个族,3,个短周期,3,个长周期,1,个不完全周期,1.2.,3,4.5.,6,7,7,个主族,(A),7,个副族,(B),1,个零族,1,个第,族,7,个纵行,7,个纵行,1,个纵行,3,个纵行,A,VB,B,B,A,A,VA,A,0,B,B,从左到右各族的序数,A,B,B,A,元素在周期表中的位置与原子结构的关系,周期序数,=,电子层数,主族序数,=,最外层电子数,=,元素的最高正价,放少许镁,带于试管中，,加,2mL,水，滴,入,2,滴酚酞试,液，观察现,象；过一会,加热至沸，,再观察现,象。,实 验,现象：,反应式：,结论：,镁元素的金属性比钠弱,镁与冷水反应缓慢，产生少量气泡，滴入酚酞试液后不变色。,Mg+2H,2,O=Mg(OH),2,+H,2,镁元素的金属性比钠弱,加热后镁与沸水反应较剧烈，产生较多气泡，溶液变为红色。,（二）元素周期表中元素性质的递变规律,取铝片和,镁带，擦去氧,化膜，分别和,2mL 1mol/L,盐酸反应。,实 验,现象：,镁与铝均能与盐酸反应产生气泡。但镁反应更剧烈。,反应：,Mg+2HCl=MgCl,2,+H,2,结论：,镁元素的金属性比铝强,2Al+6HCl=2AlCl,3,+3H,2,小结,钠与冷水反应，镁与沸水反应，铝不与水反应。,钠与酸反应很剧烈，镁与酸反应剧烈，铝与酸反应平缓,NaOH,是,强碱，,Mg(OH),2,是中强碱，,Al(OH),3,是两性,氢氧化物,。,金属性强弱顺序：,Na Mg Al,氢化物化学式,元素,14,Si,15,P,16,S,17,Cl,非金属性：,Si P S,Cl,单质与氢气的化合条件,氢化物的稳定性,SiH,4,PH,3,H,2,S,HCl,高温下少量反应,磷蒸气，困难,加热反应光照或点燃,很不稳定,不,稳,定,较不稳定,稳定,从氢化物看,最高价氧化物,最高价氧化物的水化物,元素,14,Si,15,P,16,S,17,Cl,SiO,2,P,2,O,5,SO,3,Cl,2,O,7,H,2,SiO,3,H,3,PO,4,H,2,SO,4,HClO,4,硅 酸,磷 酸,硫 酸,高氯酸,极弱酸,中强酸,强 酸,最强酸,非金属性：,Si P S,Cl,从最高价氧化物的水化物看,根据实验，可得出第三周期元素金属性、非金属性的递变规律,:,Na Mg Al Si P S,Cl,金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强,用结构观点解释：,电子层数相同核电荷数增多,原子半径减小,原子失电子能力逐渐减弱，得电子能力逐渐增强,同周期元素 从左到右,原子核对最外层电子的吸引力增强,0,1,B,Al,Si,Ge,As,Sb,Te,2,3,4,5,6,7,A,A,A,A,A,A,A,Po,At,非金属性逐渐增强,金属性逐渐增强,金属性逐渐增强,非金属性逐渐增强,第三节 化学键,一、离子键,二、共价键,化学键,1.,概念要点：,a.,相邻,b.,微粒之间,C.,强烈作用,相邻的微粒子之间强烈的 相互作用,2.,化学键主要类型：,a.,离子键,b.,共价键,C.,金属键,一、,离子键,氯化钠的形成,Na,+11,8,1,2,Cl,+17,8,7,2,Na,+,Cl,-,+11,8,2,+17,8,8,2,Na,+,Cl,-,1.,概念：,阴阳离子,间通过,静电作用,所形成的,化学键,2.,要点,:,成键微粒,阴阳离子,键的实质,静电作用,成键范围,活泼金属,(I,A,II,A,),与非金属,(VI,A,VII,A,),一、离子键,常见,阳,离子,金属离子：,Na,+,、,Mg,2+,、,Ca,2+,铵根离子：,NH,4,+,常见,阴,离子,Cl,-,、S,2-,、,OH,-,CO,3,2-,、,SO,4,2-,、,NO,3,-,离子化合物,：阴、阳离子通过离子键结,合而形成的化合物。,思考题,判断下列作用属于化学键的是：,(1).,水分子中，,O,原子与,H,原子之间的作用,(2)水分子中，,H,原子与,H,原子之间的作用,(3).,冰中，水分子与水分子之间的作用,(4).,NaCl,中,钠离子与氯离子之间的作用,本节小结,阴离子,N,n,-,阳离子,M,m+,用电子式表示,离子化合物,活泼金属原子,M,活泼非金属原子,N,失去电子,得到电子,静电作用,静电吸引,=,静电排斥,离 子 键,影 响 因 素,离子半径,离子电荷,离子键,:,使阴、阳离子结合成化合物的,静电作用,.,Cl,Mg,Cl,Mg,2,Cl,Cl,例,（一）共价键的形成,非金属元素之间的成键情况？,双方都不想失去电子。,我是非金属，我很少失电子,我才不会失电子给你,解决方法,二、共价键,定义：原子之间通过共用电子对形成的化学键,成键微粒：原子,相互作用：共用电子对,（二）共价键的特点,有方向性有饱和性,形成共价键的条件,非金属元素的原子之间或非金属元素的原子与不活泼的某些金属元素原子之间形成共价键。,实例：,Cl,2.,CCl,4.,H,2,O,、,HF,、,HNO,3.,CO,2,AlCl,3,说明：多数非金属单质，气态氢化物，酸分子，酸酐分子，大多数有机物里都有共价键。,分子中只含有共价键的化合物叫做,共价化合物,（,三,）,共价键的键参数,1.,键能,键能是从能量因素来衡量共价键强度的,物理量。,键能是从键的解离能推算得到的。,解离能：,在,100kPa,、,298K,时，将,1mol,理想气态双原子分子,AB,解离成理想气态原子,A,和,B,所需的能量，称为双原子分子,AB,的解离能。用,D,(A-B,）,表示，单位为,kJmol,-1,。,（,三,）,共价键的键参数,1.,键能,同一种共价键在不同的多原子分子中，键能稍有差别，常用平均键能作为该键的键。,一般键能越大，键越牢固。,2.,键长,分子中两成键原子的核间平衡距离称为键长。,两原子间形成的同型共价键的键长越短，键越牢固。,相同的两原子形成的键：,单键键长双键键长叁键键长,3.,键角,分子中同一原子形成的两个化学键间的夹角称为键角，它是反映分子空间构型的重要参数之一。,一般而言，根据分子中的键角和键长可确定分子的空间构型。,（四）配 位 键,铵根离子与水合氢离子等是通过配位键形成的。,H O,H,H,+,H O,H,H,由,一个原子提供,一对电子与,另一个接受,电子对的原子形成共价键，这样的共价键称为配位键。,H N,H,H,HN,H,H,H,在铵根离子中，四个,N,H,键的键,长、键能、键角均相等，表现的化学性质也完全相同。所以铵根离子通常用下式表示：,H,+,H N,H,H,H,或,HN,H,H,H,形成配位键的条件是：,（,1,）提供共用电子对的原子的最,外层有孤对电子；,（,2,）接受共用电子对的原子的最,外层有可接受孤对电子的空轨道。,离子键与共价键的比较,离子键,共价键,概念,成键粒子实质,存在范围,金属,电子式,阴、阳离子间的静电作用,原子间通过共用电子对所形成的相互作用,离子,分子,阴、阳离子间的电性作用,两原子核与共用电子对之间的电性作用,非金属元素之间（除铵盐外）,O,H,H,金属与非金属元素之间,离子键和共价键的比较,离子化合物与共价化合物的比较,离子化合物,共价化合物,概念,粒子间的作用力,熔沸点,硬度,溶解性,导电性,熔化时破坏的作用力,实例,含离子键的化合物,只含共价键的化合物,离子键,分子内是共价键，分子间是分子间作用力,强碱、大多数盐、活泼金属的氧化物,酸、非金属氧化物、非金属的氢化物,较高,一般较低，个别很大,较大,一般较小，个别很大,一般易溶于水,部分溶于水,熔融或水溶液导电,熔融时不导电、水溶液部分导电,一般破坏离子键，可能破坏共价键,一般只破坏分子间作用力,含有共价键的化合物不一定是共价化合物,共价化合物中一定含有共价键,共价化合物中一定不含离子键,含有离子键的化合物一定是离子化合物。,离子化合物中一定含有离子键,离子化合物中可能是含有共价键,第四节 分子的极性,一、,极性共价键和非极性共价键,二、,极性分子和非极性分子,一、,极性共价键和非极性共价键,成键两原子的电负性相等，成键电子的电子云对称地分布在两核之间，则形成非极性共价键。例：,H-H,、,F-F,等同核双原子分子。,成键两原子的电负性不相等，成键电子的电子云不对称地分布在两核之间，电负性大的一端显部分“,-”,，电负性小的一端显部分“,+”,，形成极性共价键。,例,：,+,H,Cl,-,、,-,OH,+,等,键的极性大小是相对的，电负性差值愈大，键的极性愈大,离子性成分愈高,反之,离子性成份愈低。,离子键 极性共价键 非极性键,（强极性）（中间状态）（无极性）,键的离子性与电负性的关系：,电负性 离子性 电负性 离子性,之差 百分数 之差 百分数,0.1 0.5 1.7 51,0.5 6 2.1 67,0.9 10 2.5 70,1.5 43 3.1 91,可见,电负性之差大于,1.7,为离子键,;,小于,1.7,为共价键。等于,0,为非极性键。,二、极性分子和非极性分子,非极性键结合成的双原子分子都是非极性分子,如：非金属单质的双原子分子,H,2,O,2,N,2,等,极性键结合成的双原子分子都是极性分子,极性键结合成的多原子分子是否有极性，决定于分子的空间构形，正、负电荷中心重合为非极性分子，正、负电荷中心不重合则为极性分子。,任何分子都可以找到正电荷重心和负电荷重心（电荷集中的一点）,凡正、负电荷重心能重合的分子称非极性分子,凡正、负电荷重心不能重合的分子称极性分子,例：,CO,2,、,CS,2.,BF,3.,CH,4,（无极性）,H,2,O,、,NH,3,、,PCl,3,（有极性）,双,原子分子,极性键 极性分子：,HCl,CO,非极性键 非极性分子：,H,2,Cl,2,O,2,多原子分子,非极性键 非极性分子：,P,4,极性键,空间构型完全对称,非,极性分子：,BF,3,CH,4,BeCl,2,空间构型不完全对称,极性,分子：,H,2,O,NH,3,分子的极性,分子极性的表示,偶极距,偶极距,：,=,l,q,（,10,-30,C,m,）,l,：正、负电荷重心间的距离,q,：正电重心或负电重心上的电量,一些分子的偶极距,(10,-30,Cm),分子式,分子式,分子式,分子式,H,2,O,6.20,HBr,2.64,SbH,3,0.40,CO,2,0,NH,3,4.94,HI,1.40,NO,0.53,CH,4,0,HF,6.37PH,3,1.83,H,2,S,3.67,CCl,4,0,HCl,3.50,AsH,3,0.73,CO,0.33,BCl,3,0,第五节 分子间作用力和氢键,一、分子间作用力,二、,氢键,一、分子间作用力,范德华力,定义：,把分子聚集在一起的作用力叫做,分子间作用力,（也叫,范德华力,）。,（,1,）,分子间作用力比化学键弱得多，是一种,微弱的相互作用,，它主要影响物质的熔、沸点等,物理性质,，而化学键主要影响物质的,化学性质,。,（,2,）,分子间作用力主要存在于由,分子构成的物质,中，如：,多数非金属单质、稀有气体、非金属氧化物、酸、氢化物、有机物等。,（,3,）,分子间作用力的范围很小一般是,300,500pm,）,只有分子间的距离很小时才有。,（,4,）,一般来说，对于,组成和结构相似,的物质，,相对分子质量,越大,，分子间作用力,越大,，物质的熔、沸点,越高。,如卤素单质：,F,2,Cl,2,Br,2,I,2,F,2,Cl,2,Br,2,I,2,沸点,熔点,相对分子质量,0,-50,-100,-150,-200,-250,50,100,150,200,250,50,100,150,200,250,温度,/,卤素单质的熔、沸点与,相对分子质量的关系,单用范德华力解释物性时碰到的矛盾,:,为什么,H,2,O,分子在同类型氢化物（,H,2,O,、,H,2,S,、,H,2,Se,、,H,2,Te,）中分子量最小，但其熔点、沸点,却最高？,为什么,HF,在卤化氢系列中、,NH,3,在三氢化物中也有分子量最小，但其熔点、沸点最高？,还有其它分子间作用力吗,二、氢键（一种特殊的分子间作用力）,（一）氢键的形成：,当氢原子与电负性很大，半经很小的原子,X,（如,F,、,O,、,N,）形成共价键，核间电子云强烈地偏向,X,原子，于是氢原子好似“裸露”的原子核，它具较大的吸引力与另一个电负性大、半经小并带有孤对电子的原子,Y,（如,F,、,O,、,N,）相互吸引。这种作用力称氢键。,如：水分子中的氢键,（二）氢键的类型,分子间氢键和分子内氢键,（,1,）分子间氢键：一个分子,X,H,内的,H,与另一分子的,Y,结合成的氢键。,例,（,H,2,O,）,n,、（,NH,3,）,n,、（,HF,）,n,等,（,2,）分子内氢键：一个分子,R,H,中,H,与其内部的,Y,原子间形成的氢键。,例,邻硝基苯酚、蛋白质分子、核酸分子等,N,O O,O,H,（三）氢键对物质性质的影响,（,1,）可使物质的熔点、沸点显著升高。,（,2,）在极性溶剂中，分子间氢键形成使溶解度增大；分子内氢键形成使溶解度减小。生命体中的氢键维持大分子（蛋白质、核酸）的构象，保持一定的生物活性。,归纳,:,分子间作用力与化学键的比较,作用微粒,作用力大小,意义,化学键,范德华力,原子间,分子之间,作用力大,作用力小,影响,化学,性质和,物理,性质,影响,物理,性质,（熔沸点等）,分子之间无化学键,原子,分子,离子,宏观物质,或范德华力,得失电子,范德华力,氢键,共价键,金属键或共价键,离子键,离子晶体,分子晶体,原子晶体,金属晶体,小结：,有几种形成方式？,