第一章-物质结构（课件）《基础药用化学》（上海交通大学出版社）

第一章 物质结构 目 录 CONTENTS 1 2 原子结构与元素周期系 化学键和分子结构 不同的物质性质各不相同，这是由物质的结构所决定的。科学研究发现，大部分物质都是由极微小的粒子组成的，我们把其中保持物质化学性质的最小微粒叫做分子。分子由原子构成，原子是指化学反应的基本微粒，在化学反应中原子的数量和种类都不会发生变化。 原子学说最初由约翰·道尔顿（John·Dalton，1766～1844，英国化学家和物理学家）创立。1869年，阴极射线发现以后，科学家们又证实了电子的存在。原子能释放出带负电的电子，这就说明原子内部还有结构，即原子核，它能和电子所带的负电中和，使原子呈中性。 那么，电子是以什么状态存在于原子内部的？带负电的电子和带正电的原子核是怎样相互作用的？分子内部的结构式什么样的？带着这些问题，让我们一起学习本章的内容。 PART 1 原子结构与元素周期系 原子结构与元素周期系 （一）原子核外电子运动状态 1、电子云的概念 化学反应是以原子反应为基础的，在化学反应中，通常原子核是不发生变化的，主要是原子核外电子在运动。电子带负电荷，质量很小，仅为 ，它在原子这样大小的空间（直径约为 ）内运动，速度很快，接近光速。 电子的运动情形与质量大的宏观物体不同，它不是沿着一定的轨道绕核运转，而是在原子核周围空间的各区域里无序地运动着，犹如笼罩在核外周围的一层带电云雾，我们形象地称其为电子云。 另外，由于电子在原子核外同不区域出现的几率不同，我们通常用小黑点来表示核外电子在某处出现的几率大小。小黑点密，说明电子云密度值大，即电子在该处出现的几率大；小黑点疏，说明电子云密度值小，即电子在该处出现的几率小。 电子出现机会最大的区域，就是电子云密度最大的地方。把电子出现的几率相等的地方联接起来的线，称为等密度线，亦称电子云的界面，这个界面所包括的空间范围称为原子轨道。 原子结构与元素周期系 （一）原子核外电子运动状态 2、原子核外电子运动状态 1924年，法国物理学家德布罗意根据光的波粒二象性（wave-particle duality，指某物质同时具备波及粒子的特质）规律提出了实物粒子如电子、原子等微粒也像光一样，也具有波粒二象性的假设，后来科学家证实了这一假设。由于微观粒子具有波粒二象性的特点，因此不能同时准确测定其位置和动量。要描述一个电子的运动状态，需要用到四个量子数（n，l，m，ms）。 原子结构与元素周期系 （一）原子核外电子运动状态 2、原子核外电子运动状态 1）主量子数n 主量子数n描述的是原子中电子出现几率最大区域离核的远近，它是决定电子能量高低的主要因素。在多电子原子里，各个电子所具有的能量并不相同。能量较高的电子通常在离核较远的区域内运动；能量较低的电子通常在离核较近的区域内运动。根据电子能量的高低和运动区域离核远近的不同，可以将核外电子分成不同的电子层，电子就在相应的电子层上运动。 原子结构与元素周期系 （一）原子核外电子运动状态 2、原子核外电子运动状态 1）主量子数n 主量子数n的取值为1，2，3…等正整数。离核最近的为第一层，n＝1；第二层n＝2；第三层n＝3……在光谱学上还使用大写字母来表示电子层数，对应如表所示。 主量子数 1 2 3 4 5 6 7 电子层符号 K L M N O P Q 电子云形状相同时，电子所处电子层数越大，说明电子离核越远，电子的能量也就越高。由于n只能取正整数，所以电子的能量是不连续的，或者说能量是量子化的。 原子结构与元素周期系 （一）原子核外电子运动状态 2、原子核外电子运动状态 2）角量子数l 角量子数l描述的是电子在原子核外出现的概率密度随空间角度的变化，它决定了原子轨道或电子云的形状。处在同一电子层的电子，其能量也不完全相同，通过角量子数我们可以确定某一电子所处的电子亚层及电子云的形状。换句话说，角量子数和主量子数一起决定了电子的能级。 l只能取小于n的正整数，即0，1，2，…，n－1。每一个l的取值代表一个亚层，由内向外依次用s，p，d，f等表示，如表所示。当n的取值相同时，不同亚层的电子能量按s，p，d，f的顺序逐渐增大。不同的电子亚层有不同的电子云形状：s亚层电子云是以原子核为中心的球形，p亚层的电子云是纺锤形（或哑铃形），d亚层的电子云是四瓣梅花形（或十字花瓣形），f亚层电子云形状比较复杂，本书不做讨论。 n 1 2 3 4 l 0 0，1 0，1，2 0，1，2，3 亚层符号 s s，p s，p，d s，p，d，f 原子结构与元素周期系 （一）原子核外电子运动状态 2、原子核外电子运动状态 3）磁量子数m 磁量子数规定电子运动状态（