無機化學多媒體教學課件湖北中醫藥大學藥學院基化教研室緒論一.無機化學及其任務:在分子、原子、離子等層次上研究無機物的組成、結構、性質以及應用的一門學科稱為無機化學.

無機化學的任務:在分子、原子、離子等層次上研究無機物的組成、結構、性質、制備以及應用.

無機物:除碳氫化合物及其衍生物外,所有元素及化合物統稱為無機物.、

二.無機化學的內容:

原子結構結構化學分子結構配合物結構電離平衡溶液化學沉淀-溶解平衡氧化還原平衡配位平衡元素化學:技能訓練:

三.無機化學與藥學類各專業的關系1.藥物的構效關系:2.藥物的穩定性:水楊酸鈉合劑水楊酸鈉10gNaHCO36g

Na2SO3

0.4gH2O至100ml3.藥液的酸度:青霉素制劑（pH=6.84)青霉素100萬單位

NaH2PO4

0.56g

Na2HPO4

0.28gNaCl0.46gH2O至100ml4.藥物的質檢:

四.“無機化學”課程的學習方法努力提高學習的主動性;培養自學能力;提高學習效率;探索適合于自己的學習方法五.主要參考書1.武漢大學編.無機化學.武漢大學出版社2.北京師范大學等校編.無機化學.高等教育出版社3.傅獻彩主編.大學化學.高等教育出版社4.許善錦.無機化學.人民衛生出版

原子結構第一次課思考題1.電子在核外運動有哪些特殊性？2.如何用原子軌道、電子云、四個量子數描述電子在核外的運動狀態？第一章原子結構與周期系第一節核外電子運動的特征電子是微觀粒子（電子的質量為9.1×10-31千克，運動速度為2.18×106m/s，原子直徑約為10-10m)一.具有量子化特征：電子在核外運動時能量變化是量子化的。1.量子化：不連續變化的物理量。如電量，能量。2.氫原子光譜：是線狀光譜氫原子光譜特征:

不連續的,線狀的;

線狀光譜(不連續光譜)帶狀光譜(連續光譜）發現:任何單原子氣體受激時都發射線狀光譜.不同元素原子所發出的譜線各不相同,相同元素原子所發出的譜線都是一樣的為什么原子光譜是線狀光譜？3.玻爾理論（要點）1.電子在核外固定軌道上運動。不吸收也不放出能量。2.每個軌道都有確定的能量。氫原子各軌道的能量：E=-2.18×10-18/n2（J)

n=1,2,3,4,

等正整數.n越大，則電子在離核越遠的軌道上運動，其能量越高。

躍遷：激發和退激統稱為躍遷3.電子在不同能量的軌道之間躍遷時，以光的形式放出能量。

△E=E2–E1=h=△E/h式中h為普朗克常數(6.626×10-34J·s）由于能量變化是不連續的，則頻率就是不連續的，得到的光譜就是線狀光譜.

基態：電子處在能量低的軌道上運動，稱為基態。

激發態：電子處在能量較高的軌道上運動，稱為激發態。

能級：電子運動所處的不連續能量狀態稱為能級。二.具有波粒二象性1.德布羅意關系式：λ=h/mv

λ–波長（波動性）mv—電子的質量和運動速度（粒子性）2.實驗證實：電子衍射實驗：有衍射環紋（有波動性）陰極射線：電子束使渦輪旋轉（有粒子性)三.遵守測不準原理：△x·△p≥h

△x—電子運動的位置不準量，△p--電子運動的動量不準量第二節核外電子運動狀態的描述一.薛定諤方程:

薛定諤方程的解：Ψn,l,m(x,y,z)二.波函數和原子軌道1.波函數（Ψ）：表征核外電子運動狀態的狀態函數。當三個常數參數（n,l,m)取值一定時，就代表電子的一種運動狀態。如Ψ2，0，0(x,y,z)，表明電子在第二層上運動，是一個球體。2.原子軌道：是波函數的同義詞。波函數在空間分布所構成的圖形，稱為原子軌道。如：球形，稱S原子軌道啞鈴形，稱p原子軌道花瓣形，稱d原子軌道復雜形，稱f原子軌道三.概率密度和電子云1.概率密度（Ψ2）：電子在核外微單位體積內出現的概率。2.電子云：是概率密度的同義詞。概率密度在空間分布所構成的圖形，稱為電子云。也是用s,p,d,f四種符號表示四種形狀的電子云。問題：電子在核外運動時有哪幾種形狀？分別用哪幾種符號表示？四.原子軌道和電子云的空間圖形

Ψn,l,m(r,θ,φ)=Rn,l(r)Yl,m(θ,φ)Rn,l(r)—徑向分布函數，Yl,m(θ,φ)—角度分布函數（一）角度分布圖：1.原子軌道角度分布圖2.電子云角度分布圖：原子軌道與電子云的角度分布圖的區別：原子軌道角度分布圖有正負號，并肥大一些。電子云的角度分布圖沒有正負號，并瘦小些。（二）徑向分布圖：徑向分布函數作圖得到的圖形表明電子在核外出現幾率大的區域離核的遠近。氫原子核外電子的D函數圖象3s3d3p2s2p1s說明幾點：1.徑向分布圖是曲線，有峰和節面。峰：電子出現幾率大的區域。節面：電子出現幾率為零的區域。2.不同類型軌道的峰數，節面數不同。3.原子軌道有大小之分，且有節面。如：1s2s3s4s,n值小的原子軌道體積小，離核近。

原子軌道峰數(個)節面數(個)nsnn-1npn-1n-2ndn-2n-34.核外電子是分層排布的。n=1時電子出現幾率最大區域在1a0

n=2時電子出現幾率最大區域在5a0n=3電子出現幾率最大區域在10-12a0

五.四個量子數：核外每個電子的運動狀態必須用四個量子數表征（一）主量子數（n）（電子層數）1.物理意義：描述電子在核外出現幾率大的區域離核的遠近及能量的高低。n小,電子離核近，能量低。2.取值：n=1,2,3…+∞（二）角量子數（l)1.物理意義：描述原子軌道的形狀。

l

=0是s原子軌道，l=1是p原子軌道，

l

=2是d原子軌道，l=3是f原子軌道2.l

的取值：受n的制約

l=0，1，2，3…（n-1)（三）磁量子數（m)1.物理意義：描述原子軌道在空間的伸展方向，每一m個值代表一個伸展方向，每個伸展方向就是一個軌道。2.取值：受l的制約。

m=-l…0…+l

nl軌道符號m軌道數電子層軌道數101s011

202s01412p-1,0,+13

303s0113p-1,0,+13923d-2,-1,0,+1,+25

404s0114p-1,0,+131624d-2,-1,0,+1,+2534f-3,-2,-1,0,+1,+2,+37

3.簡并軌道：能量相同，形狀相似，只是伸展方向不同的軌道S原子軌道沒有簡并軌道，P軌道有三個簡并軌道，d有5個簡并軌道，f原子軌道有7個簡并軌道。

問題：寫出3個簡并P軌道符號，5個簡并d軌道符號。

（四）自旋量子數（Si)1.物理意義：描述電子自旋方向。2.取值：Si=+1/2-1/2要求：1.四個量子數與原子軌道會相互表征。2.四個量子數取值是否合理.原子結構第二次課思考題1.氫原子軌道能級順序的特點是什么？2.多電子原子軌道能級順序的特點是什么？存在什么現象？如何解釋？3.核外電子排布規則有哪些？4.如何確定原子的價電子構型？

第三節多電子原子結構和元素周期表

一.氫原子的軌道能級順序：1.能級公式：

(J)

式中n為主量子數。氫原子的軌道能量只決定于n。n值小，軌道的能量低，n相同，軌道的能量相等。2.軌道的能級順序：

E1S＜E2S=E2p＜E3S=

E3p=

E3d＜E4s=E4p…

二.多電子原子的軌道能級順序

1.能級公式：式中n為主量子數,Z為原子的核電荷數，

σ為屏蔽常數。多電子原子軌道的能量不僅決定于n，還與有關.原因：在多電子原子中存在屏蔽效應和鉆穿效應。2.屏蔽效應：電子之間的排斥，部分抵消了核對電子的吸引作用稱屏蔽效應。(J)

屏蔽效應的大小可用σ常數衡量。σ越大,屏蔽效應越大有效核電荷越小，核對電子的引力越小，軌道的能量越高。

σ的計算----斯萊特規則：將原子中的電子按下列順序分成若干組:(1s)(2s2p)(3s3p)(3d)(4s4p)(4d)(4f)(5s5p)(5d)…(1)外層軌道上的電子對內層軌道上的電子不產生屏蔽作用（σ＝0）（2）同組軌道上的電子之間每個電子的σ＝0.35（1s為σ＝0.30）（3）被屏蔽電子是ns,np軌道上的電子，則n-1層上的每個電子的σ＝0.85，n-2，n-3層上的每個電子的σ＝1.00

（4）被屏蔽電子是nd,nf電子：則（nd）或（nf）組左邊各組軌道上每個電子的σ＝1.00例如：Cu是29號元素，29個電子,分別計算4s，3d軌道的能量3.鉆穿效應：n相同l不同的原子軌道，由于鉆穿能力不同，使軌道的能級發生了分裂。這種現象稱為鉆穿效應。

﹥

鉆穿能力：ns﹥np﹥nd﹥nf小峰數：nn-1n-2n-3

n相同l不同的各軌道的能級：

Ens＜Enp＜End＜Enf

4.能級交錯：n大l小與n小l大的軌道之間發生能級顛倒的現象稱能級交錯。如：E3d﹥E4S,

E4d﹥E5S,

E5d﹥E4f﹥E6S

5.多電子原子的軌道能級順序：（1）鮑林近似能級圖：E1s＜E2s＜E2p＜E3s＜E3p＜E4s＜E3d＜E4p＜

E5s

＜

E4d＜

E5p＜E6S＜

E4f＜E5d＜

E6p＜E7s…

要求：會背兩個能級順序。＜（2）科頓原子軌道能級圖

說明幾點：（1）單電子原子H的能級由n決定。(2)多電子原子中：n不同l相同的軌道，能量決定于n.（3）多電子原子中：n同l不同的軌道，發生了分裂。（4）多電子原子中：隨原子序數的遞增，s,p軌道的能級逐漸下降。(5)當（n-1)d,（n-2)f軌道上填充電子后，能級不再交錯。

三.多電子原子核外電子的排布（一）排布規則

1.保里不相容原理：一個原子中不可能有四個量子數完全相同的兩個電子。推論（1）每個軌道最多容納2個電子，且自旋方向相反（2）每種軌道最多容納電子數：S2,P6,d10,f14

(3)每層最多容納電子數為2n2

2.能量最低原理：電子在原子軌道中填充總是從能量低的1s軌道開始依次填充，使原子處于能量最低狀態（基態）3.洪特規則：電子填充最后進入簡并軌道時，應盡可能分占簡并軌道，且自旋方向相同。特例：在簡并軌道中，電子排布為全滿，半滿，全空，都是穩定狀態。（二）排布方法1.電子層結構式：用原子軌道符號右上角注明填充電子數。

2.電子軌道式：用○或表示軌道。并填入電子。

要求會排布任何原子的核外電子。

（三）價電子層結構式（價電子構型）參加化學反應的電子構型。

要求會根據電子層結構式確定價電子層結構式。課堂練習：寫出下列元素的電子排布式，并確定價電子層結構式：

12Mg,17Cl,24Cr,29Cu,26Fe,30Zn,7N,50Sn

四.電子層結構與元素周期表（一）電子層結構與周期的劃分周期表中每一橫行就是一個周期。第一周期，稱超短周期。只有2種元素。1S11S2第二周期，稱短周期，有8種元素。2S1—2S22P6第三周期，稱短周期，有8種元素。3S1—3S23P6。

第四周期，稱長周期。有18種元素.4S1—3d104s24p6第五周期，稱長周期。有18種元素。5S1—4d105s25p6第六周期，稱特長周期，有32種元素。第七周期，稱不完全周期。

元素的周期數=原子的價電子層結構中最大n值。

（二）電子層結構與族的劃分：周期表的列稱為族。有主族（A)8個，副族(B)8個，

主族元素：價電子層結構特點：ns1-2np0-5主族數=ns軌道上電子數+np軌道上的電子數。用羅馬字表示。副族元素：價電子層結構:(n-1)d1-10ns1-2副族數：

ⅠB-ⅡB:(n-1)d10ns1-2（s電子數）

ⅢB-ⅦB:(n-1)d1-5ns1-2(d電子+s電子：≥3，≤7）

ⅧB:

(n-1)d6-9ns1-2(d電子+s電子：≥8)

零族元素：價電子結構式：nS2np6

(三）電子層結構與區的劃分；S區:ns1-2np0ⅠA,ⅡAP區:ns2np1-6ⅢA～ⅧAd區(n-1)d1-9ns1-2ⅢB

～ⅧB

dS區(n-1)d10ns1-2ⅠB,ⅡB

要求：會判斷元素的周期，族，區原子結構第三次課思考題1.元素的周期、族、區如何確定？2.什么叫電離能？為什么氧的電離能小于氮的？3.什么叫電負性？它有什么意義？

第四節元素性質的周期性一.原子半徑：（一）類型：1.共價半徑（rc):同種元素的兩個原子以共價單鍵結合成分子時，它們核間距的一半。

99pm←360pm→128pm銅原子半徑氯原子的范德華半徑氯原子的共價半徑

2.范德華半徑（rv)：在分子晶體中，相鄰分子間兩個鄰近的非成鍵原子核間距的一半。3.金屬半徑(rm)：在金屬晶體中，相鄰的兩個接觸原子的核間距的一半。（二）影響原子半徑大小的因素：1.有效核電荷數（Z﹡）：Z﹡，核對外層電子的引力大，原子半徑就越小。2.電子層數（n）：n大，原子半徑大。（三）變化規律：

同一周期：短周期：從左往右，rc減小顯著。

原因：隨著核電荷的遞增，電子增加在同一電子層上（n相同），同層電