编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第PAGE62页共NUMPAGES7页第PAGE\*MERGEFORMAT62页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT7页第六章原子结构与周期系6.1引言6.1.1物质结构的研究对象物质结构主要是研究物质（原子、分子、晶体等）的组成、结构和性能。这里所说的结构，既包括物质的“几何结构”（如分子中原子，晶体中粒子的结合排布方式等），也包括物质的电子结构（如原子的电子层结构，分子、固体中的化学键，以及分子间作用力等）。物质结构知识的理论基础是量子力学（研究微观粒子运动规律的科学）。实验基础是合成化学和结构化学等，它们提供了大量实验事实，需要理论解释，从而推动了理论化学的发展。物质结构知识是化学三大重要理论之一。6.1.2学习目的1．了解化学反应的本质例1．汽车尾气的治理。例2．反应H2+I2=2HI的速率方程为v=kc（H2）c（I2），是二级反应。在1967年前，人们一致认为这是一个二级基元反应。但是1967年人们通过实验发现这是一个复杂反应，如果用分子轨道理论中的前线轨道理论，很容易得到解决。例3．“相似互溶原理”从热力学观点来看，溶解过程的ΔS>0，而一般情况下ΔH>0（即吸热），而根据ΔG=ΔH-TΔS，要使ΔG<0，则应尽量小。为什么结构相似就小呢？2．发现、制取符合人类一定需要的物质例4．“硬质合金”硬质合金广泛应用于火箭材料、高速切削材料、以及高级磨料等。一般是由IV、V、VI副族金属元素，加少量C、N、B等元素制成。为什么？例5．金属表面扩渗稀土元素按过去金相学的观点，稀土原子的半径较大，不能扩散进入金属表面层。但实验结果确实进入了，这又为什么？例6．C60的发现例7．活性炭泽林斯基认为：棉花和泥土有吸收气体的能力，是因为暴露在固体表面的固体分子只受到内层及左右两旁分子的吸引，吸引力没有完全抵消掉。如右示意图所示←·→，表面分子受到一个指向固体内部的作用力，即还有剩余吸引力可以吸引来到它近旁的气体分子。↓于是，泽林斯基得出结论：完全用不着为每一种毒气去找它们的防御品。只要能选择一种比棉花或泥土有更大的比表面的固体，就能够对付所有的毒气了。泽林斯基为了加强木炭吸附化学物质的能力，经过不断的研究，终于在1917年得到了一种特殊物质——“活性炭”。制成的活性炭，具有质轻、疏松、多孔等特点。每一克就有几百平方米的比表面积。因为吸附气体的能力特别强，当然防毒效果也就更好了。3．对化学发展起重要作用第一次革命性飞跃发生在1804年，道尔顿提出了原子论（即一切物质都是由原子组成的）。它合理地解释了当时许多化学现象和规律。标志着近代化学的开始。因此，道尔顿被称为“近代化学之父”。第二次革命性飞跃发生在1869年，元素周期律的发现（门捷列夫和迈耶尔）。周期律的发现对化学的发展起了巨大的作用。第三次革命性飞跃，将发生在化学键本质揭示之日。6.1.3学习的主要内容1．原子结构与周期系；2.分子结构与化学键；3.分子的对称性与群；4.分子间力与氢键；5.晶体结构；6.材料与化学（这是物质结构理论在材料科学中的应用）。６.2原子结构６.2.1从经典物理学到量子力学1.经典物理学的困难由于用经典物理学无法解释如：氢原子光谱、黑体辐射以及光电效应等现象，因此，在20世纪初才诞生了量子力学。量子力学产生的理论基础是经典物理学的发展与完善；而实验基础是，对微观粒子波粒二象性的认识。2．微观粒子的波粒二象性（1）光的波粒二象性（2）微观离子的波粒二象性认为电子具有粒子性，是由法国物理学家，德布洛依在1924年首先提出来的。1927年由美国科学家戴维逊和革末通过实验得到了证明（见图6.1）。i．电子的波性：是“几率波”。即波的强度与电子出现的几率成正比。ii．电子的粒子性：没有固定的运动轨迹，只有几率分布的规律。6.2.2原子中电子运动状态的描述正象宏观物体运动可用牛顿方程来描述一样，电子的运动，在量子力学中是用薛定谔方程来描述（这是作为量子力学基本假设提出来的）。1．氢原子的薛定谔方程氢原子定态的薛定谔方程是：（６.1）其中，m是电子的质量，x、y、z是电子的坐标，V是势能，E是总能量，h是普朗克常数，而就是波函数。氢原子的波函数的具体形式，可由解上述薛定谔方程得出。量子力学中就是用它来描述电子的运动状态。经典物理学中，电磁波就用一个波函数来描述。它代表t时刻、由x、y、z所决定点的电场强度；而则代表，t时刻该点光的强度。（1）波函数的物理意义类比代表空间某点电磁波的强度，代表空间某点电子波的强度。而电子波是概率波，因此（严格讲应是）代表空间