一、原子结构与性质
能级和能层:
能层():在多电子原子中,核外电子的能量不同,按能量差异分成不同能层,如、、、等,能量依次升高。
能级:同一能层里的电子能量也可能不同,再分成不同能级,用、、、等表示,同一能层里各能级能量按、、、顺序依次升高,即。例如,电子能量较高,但不一定总在比电子离核更远的地方运动。
电子排布式和电子排布图:
基态原子的核外电子排布表示方法:包括电子排布式和电子排布图。对于过渡元素原子,价电子不仅是最外电子层电子,还包括部分次外层电子,如的价电子层排布为。
洪特规则及特例:
洪特规则:电子排布在同一能级的不同轨道时,优先单独占据一个轨道,且自旋方向相同。
洪特规则特例:当能量相同的原子轨道处于全满(、、)、半满(、、)和全空(、、)状态时,体系能量最低。例如,的电子排布式为,而不是,因为是半满状态,能量更低。
电负性和电离能:
电离能:
第一电离能是气态电中性基态原子失去一个电子转化为气态基态正离子所需要的最低能量,符号为,单位是。它表示原子或离子失去电子的难易程度,第一电离能数值越小,气态原子越易失去一个电子,元素金属性越强;反之,越难失去电子。
电离能的变化规律:同周期从左往右,一般第一电离能呈增大趋势,但第 Ⅱ族、第 Ⅴ族元素的第一电离能出现反常,比相邻元素高;同主族从上往下,第一电离能依次减小。
电负性:
含义是描述不同元素的原子对键合电子吸引力的大小,元素电负性越大,对键合电子吸引力越强。
变化规律:除稀有气体外,同周期从左至右元素电负性逐渐变大,同主族从上至下元素电负性逐渐变小。
意义:可判断元素是金属还是非金属(金属元素电负性一般小于,非金属元素电负性一般大于,位于非金属三角区边界的 “类金属” 电负性在左右);判断化合物中元素化合价的正负;判断化学键的性质(以为界,电负性差值大于的一般形成离子键,小于的一般形成共价键)。
二、分子结构与性质
共价键:
本质:原子间通过共用电子对形成的化学键。
类型:包括键(头碰头重叠,可旋转,稳定性高)和键(肩并肩重叠,不可旋转,稳定性较低)。例如,分子中存在一个键和两个键。
键参数:键能(键能越大,化学键越稳定)、键长(键长越短,化学键越强)、键角(决定分子的空间构型)。
分子的空间结构:
价层电子对互斥理论(VSEPR 理论):用来预测分子的空间构型。中心原子的价层电子对数 = 键电子对数 + 孤电子对数。根据价层电子对数确定分子的空间构型,如当价层电子对数为时,分子呈直线形;价层电子对数为时,若没有孤电子对,分子呈平面三角形,有一对孤电子对时,分子呈三角锥形。
杂化轨道理论:解释分子的空间构型形成原因。常见的杂化类型有(直线形,如)、(平面三角形,如)、(正四面体,如)等。例如,分子中,原子采取杂化,形成四个杂化轨道,分别与四个原子的轨道形成键,构成正四面体结构。
分子结构与物质的性质:
分子的极性:由分子的正负电荷中心是否重合决定。极性分子中正负电荷中心不重合,如;非极性分子中正负电荷中心重合,如。分子的极性影响物质的溶解性等性质,例如,水是极性分子,所以极性溶质易溶于水。
氢键:是一种特殊的分子间作用力,比范德华力强。存在于已经与、、等电负性大的原子形成共价键的氢原子与另一个电负性大的原子之间。例如,分子间、分子间以及分子间都存在氢键。氢键对物质的熔沸点、溶解性等有重要影响,如冰的密度小于水,是因为冰中水分子形成氢键,构成空间四面体网状结构,空隙较大;而水在时密度最大,是因为此时部分氢键被破坏,水分子间间隙减小。
溶解性:“相似相溶” 原理,即极性溶质易溶于极性溶剂,非极性溶质易溶于非极性溶剂。例如,易溶于水,易溶于。同时,溶质与溶剂分子间形成氢键也会增加溶解性,如氨气极易溶于水。
三、晶体结构与性质
物质的聚集状态与晶体的常识:
物质的聚集状态有气态、液态、固态,固态物质又分为晶体和非晶体。晶体具有规则的几何外形、固定的熔点和各向异性;非晶体没有规则的几何外形、没有固定的熔点和各向同性。
晶体的分类:根据构成微粒和微粒间的作用力不同,晶体可分为离子晶体(由离子键构成,如)、分子晶体(由分子间作用力构成,如、)、共价晶体(由共价键构成,如金刚石、)和金属晶体(由金属阳离子和自由电子构成,如铁、铜)。
分子晶体与共价晶体:
分子晶体:
结构特点:分子间通过分子间作用力结合,分子内原子间通过共价键结合。
物理性质:一般熔点低、硬度小,部分分子晶体(如冰)在固态时不导电,溶于水时有的能导电(如)。
共价晶体:
结构特点:原子间通过共价键形成空间网状结构。
物理性质:熔点高、硬度大,一般不导电。例如,金刚石是典型的共价晶体,每个碳原子与周围四个碳原子形成共价键,构成正四面体结构,硬度大,熔点高。
金属晶体与离子晶体:
金属晶体:
金属键:金属阳离子与自由电子之间的强烈相互作用。
物理性质:具有金属光泽、良好的导电性、导热性和延展性。
离子晶体:
结构特点:由阳离子和阴离子通过离子键结合而成。
物理性质:熔点较高、硬度较大,固态时不导电,熔融状态或溶于水时能导电。例如,晶体中,和交替排列,通过离子键形成晶体结构。
配合物与超分子:
配合物:由中心离子(或原子)与配体通过配位键形成的化合物。例如,中,是中心离子,是配体,配位键是与分子中的氮原子形成的。配合物具有一定的颜色、稳定性等特殊性质。
超分子:由两种或两种以上的分子通过分子间相互作用形成的分子聚集体。例如,冠醚与碱金属离子形成的超分子,能选择性地结合某些离子或分子。
在学习过程中,要注重理解基本概念和原理,通过多做练习题来加深对知识点的掌握和运用,同时注意结合实例进行分析,提高解决实际问题的能力。