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cn-ryh committed May 31, 2024
1 parent 7dc264e commit c6f3983
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Showing 38 changed files with 306 additions and 304 deletions.
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Expand Up @@ -2,7 +2,7 @@

## 原子轨道

<img title="" src="images/2.1.png" width="250" data-align="left">
<img title="" src="/01 原子结构与元素性质/images/2.1.png" width="250" data-align="left">

对每个 $n$ 值而言:

Expand All @@ -16,7 +16,7 @@

**构造原理(aufbau principle)**:从氢开始,随核电荷数递增,新增电子填入能级的顺序称为构造原理。

<img title="" src="images/2.2.png" width="200">
<img title="" src="/01 原子结构与元素性质/images/2.2.png" width="200">

**顺序** :$1s - 2s - 2p - 3s - 3p - 4s - 3d - 4p - 5s - 4d - 5p - 6s - \dots$

Expand Down Expand Up @@ -86,7 +86,7 @@ $$

## 原子光谱

<img title="" src="images/2.4.png" width="300">
<img title="" src="/01 原子结构与元素性质/images/2.4.png" width="300">

### 焰色反应

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Expand Up @@ -40,7 +40,7 @@
</tr>
<tr>
<th> 实例 </th>
<td> <img src="images/3.31.png" height="50"> </td>
<td> <img src="/01 原子结构与元素性质/images/3.31.png" height="50"> </td>
</tr>
</table>

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@@ -1,6 +1,6 @@
# 原子结构与元素性质 · 四 · 「原子结构 元素周期表」

<img src="images/4.1.png" />
<img src="/01 原子结构与元素性质/images/4.1.png" />

> 类金属:$\ce{Te,Sb,B,Ge,As,Si}$
>
Expand All @@ -12,7 +12,7 @@

> 化学家鲍林(L.Pauling)基于大量光谱实验数据及近似的理论计算,提出的多电子原子的原子轨道 **近似能级图**
<img title="" src="images/4.2.png" data-align="inline" width="300">
<img title="" src="/01 原子结构与元素性质/images/4.2.png" data-align="inline" width="300">

在这个图中,如果将 **能量相近的原子轨道归为一组**,所得到的能级组按照能量从低到高的顺序与元素周期表中的周期相对应。**不同能级组之间的能量差较大,同一能级组内能级之间的能量差较小**

Expand All @@ -22,7 +22,7 @@

## 价层电子排布与周期的划分

<img title="" src="images/4.3.jpg" data-align="inline" >
<img title="" src="/01 原子结构与元素性质/images/4.3.jpg" data-align="inline" >

- 第一周期:$1s^1\longrightarrow 1s^2$

Expand Down Expand Up @@ -81,4 +81,4 @@
按照核外电子排布,可把元素周期表划分成 5 个区:$s$ 区、$p$ 区、$d$ 区、$ds$ 区、$f$ 区
除 $ds$ 区外,**各区的名称来自按构造原理最后填入电子的能级符号**

<img title="元素周期表的分区" src="images/4.4.png" data-align="inline" width='500'>
<img title="元素周期表的分区" src="/01 原子结构与元素性质/images/4.4.png" data-align="inline" width='500'>
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Expand Up @@ -58,7 +58,7 @@
>
> $\ce{S}、\ce{P}$ 位置互换:$\ce{P}:3s^23p^3$,失去一个电子需要破坏 $3p$ 的半充满结构,所需的第一电离能比较大
<img title="" src="/01 原子结构与元素性质/images/5.2.png" data-align="inline" width="320">
<img title="" src="/01 原子结构与元素性质/images/5.2.png" data-align="inline" width="320">

> 下表的数据从上到下是钠、镁、铝逐级失去电子的电离能:
>
Expand Down Expand Up @@ -131,9 +131,9 @@
> - 也是「马」字,所以,$\ce{S}$ 与 $\ce{I}$ 相等
> - $\ce{P}$ 和 $\ce{H}$ 电负性相等( $pH$​ )
>
> <img title="" src="images/5.5.svg" data-align="inline" width="320">
> <img title="" src="/01 原子结构与元素性质/images/5.5.svg" data-align="inline" width="320">
<img title="" src="images/5.3.png" data-align="inline" width="320">
<img title="" src="/01 原子结构与元素性质/images/5.3.png" data-align="inline" width="320">


### 应用
Expand Down Expand Up @@ -180,7 +180,7 @@
## 对角线规则
「对角线」规则又称斜线关系,指元素周期表中某一元素及其化合物的性质与它左上方或右下方的另一元素及其化合物的性质相类似。在第 $2、3$ 周期中,**具有典型「对角线」规则的元素有三对:锂与镁,铍与铝,硼与硅**。有人从元素的电负性值相近解释「对角线」规则:锂 $1.0$、镁 $1.2$;铍 $1.5$、铝 $1.5$;硼 $2.0$、硅 $1.8$。

<img title="" src="images/5.4.png" data-align="inline" width="150">
<img title="" src="/01 原子结构与元素性质/images/5.4.png" data-align="inline" width="150">

>
> 1. 锂和镁的相似性:
Expand Down Expand Up @@ -209,7 +209,7 @@

### 递变规律

<img title="" src="images/5.1.png" data-align="inline" width="260">
<img title="" src="/01 原子结构与元素性质/images/5.1.png" data-align="inline" width="260">

总结: 同周期由左至右,原子半径减小;同主族由上至下,原子半径增大

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Expand Up @@ -2,7 +2,7 @@

## 考点一 元素周期表结构与元素周期律

<img title="" src="images/6.1.png" data-align="inline" width="480">
<img title="" src="/01 原子结构与元素性质/images/6.1.png" data-align="inline" width="480">

- **随周期的↘,主族的↗而↗的性质**(从左下 **至右上**):
① 非金属性 ② 单质的氧化性(简单阴离子的还原性降低) ③ 最高价氧化物对应的水化物的酸性( $\ce{F}$ 无含氧酸) ④ 简单气态氢化物稳定性(单质与 $\ce{H2}$ 反应难度减弱) ⑤ 第一电离能(存在例外) ⑥ 电负性 ⑦ 金属单质熔沸点
Expand Down Expand Up @@ -62,11 +62,11 @@
1. 与正常的共价键数目不一样,例如 $\ce{O}$ 理应形成 2 个共价键,若给定的结构式中 $\ce{O}$ 只形成 1 个共价键,可知 $\ce{O}$ 多一个电子,最外层 7 电子,所以只形成 1 个共价键

2. $\ce{X}$ 原子形成的共价键数目若有两种,得失电子算在 $\ce{X}$ 原子上
> 如:<img src="images/K-1.1.svg" />, $\ce{X}$ 既形成 1 个共价键也形成 2 个共价键,可知该 -1 价阴离子多出的 1 个电子算在 $\ce{X}$ 上,因此 $\ce{X}$ 最外层有 6 个电子,若限定该离子的元素都是短周期元素,则 $\ce{W}$ 为 $\ce{S}$ , $\ce{X}$ 为 $\ce{O}$
> 如:<img src="/01 原子结构与元素性质/images/K-1.1.svg" />, $\ce{X}$ 既形成 1 个共价键也形成 2 个共价键,可知该 -1 价阴离子多出的 1 个电子算在 $\ce{X}$ 上,因此 $\ce{X}$ 最外层有 6 个电子,若限定该离子的元素都是短周期元素,则 $\ce{W}$ 为 $\ce{S}$ , $\ce{X}$ 为 $\ce{O}$
3. 复杂离子中,若其他元素的多个原子形成的共价键数目都只有 1 种,而 $\ce{X}$ 只有 1 个原子,得失电子算在 $\ce{X}$ 原子上

> 如:<img src="images/K-1.2.svg" />,由于所有 $\ce{Z}$ 形成的共价键数目都是 2 ,所有 $\ce{Y}$ 形成的共价键数目都是 4 ,而 $\ce{X}$ 只有 1 个原子,因此该阴离子多出的 1 个电子算在 $\ce{X}$ 上,可知 $\ce{X}$ 得 1 个电子后形成 4 个共价键,若限定该离子的元素都是短周期元素,则 $\ce{X}$ 可以是 $\ce{B}$ 或 $\ce{Al}$
> 如:<img src="/01 原子结构与元素性质/images/K-1.2.svg" />,由于所有 $\ce{Z}$ 形成的共价键数目都是 2 ,所有 $\ce{Y}$ 形成的共价键数目都是 4 ,而 $\ce{X}$ 只有 1 个原子,因此该阴离子多出的 1 个电子算在 $\ce{X}$ 上,可知 $\ce{X}$ 得 1 个电子后形成 4 个共价键,若限定该离子的元素都是短周期元素,则 $\ce{X}$ 可以是 $\ce{B}$ 或 $\ce{Al}$
**方法:**

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Expand Up @@ -35,7 +35,7 @@

**区分晶体和非晶体最好的方法:X-射线衍射**

<img title="" src="images/1.1.png" width="500">
<img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/1.1.png" width="500">

## 获得晶体的途径

Expand All @@ -51,7 +51,7 @@
- 「并置」是指所有晶胞都是 **平行排列** 的,**取向相同**
- 所有晶胞的 **形状** 及其内部的原子 **种类****个数** 及几何排列是完全相同的

<img title="" src="images/1.2.png" width="400">
<img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/1.2.png" width="400">

## 晶胞中粒子数目的计算:均摊法

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Expand Up @@ -55,26 +55,26 @@

$X-H\cdots Y$ 三个原子一般在同一直线上,在这样的方向上成键两原子电子云之间的排斥力最小,形成的氢键最强,体系最稳定

<img src="images/2.6.png" style="zoom: 25%;" />
<img src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/2.6.png" style="zoom: 25%;" />

2. **饱和性**

每一个 $X-H$ 只能与 $1$ 个 $Y$ 原子形成氢键,这是因为 $H$ 原子半径很小,若再有一个原子 $Y$ 接近时,则 $Y$ 会受到 $X$ 原子电子云的排斥

> <img src="images/2.7.png" style="zoom:25%;" />
> <img src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/2.7.png" style="zoom:25%;" />
>
> 平均 $1$ 分子 $H-F$,只有 $1$ 个氢键;平均 $1$ 分子 $NH_3$,只有 $1$ 个氢键;平均 $1$ 分子 $H_2O$,只有 $2$ 个氢键
>
#### 分子内氢键与分子间氢键
邻羟基苯甲醛能形成分子内氢键,而对羟基苯甲醛能形成分子间氢键。当对羟基苯甲醛熔融时,需要消耗较多的能量克服分子间氢键,所以对羟基苯甲醛的熔点高于邻羟基苯甲醛。邻羟基苯甲酸和对羟基苯甲酸也有类似的现象
<img src="images/2.8.png" style="zoom:33%;" />
<img src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/2.8.png" style="zoom:33%;" />
> 总结:形成分子内氢键会降低物质熔点 (意味着分子间氢键数目减少,熔点降低)
#### 氢键对物质物理性质的作用

1. 含有分子间氢键的物质具有较高的熔点、沸点
> <img src="images/2.9.png" style="zoom:28%;" />
> <img src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/2.9.png" style="zoom:28%;" />
>
> $H_2O \gt H_2Te \gt H_2Se \gt H_2 S;HF>HI>HBr>HCl;NH_3>SbH_3>AsH_3>PH_3$
> $H_2O>HF>NH_3$
Expand Down Expand Up @@ -122,7 +122,7 @@

2. 结构:冰晶体中,水分子间主要通过 **氢键** 形成晶体。由于氢键具有一定的 **方向性** ,一个水分子与周围四个水分子结合,这四个水分子也按照同样的规律再与其他的水分子结合。这样,**每个 $O$ 原子周围都有四个 $H$ 原子,其中两个 $H$ 原子与 $O$ 原子以共价键结合,另外两个 $H$ 原子与 $O$ 原子以氢键结合**,使水分子间构成 **四面体** 骨架结构。其结构可用下图表示

<img title="" src="images/2.2.png" width="250">
<img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/2.2.png" width="250">

3. 性质:由于氢键具有方向性,冰晶体中水分子未采取密堆积方式,这种堆积方式使冰晶体中水分子的空间利用率不高,留有相当大的空隙。当冰刚刚融化成液态水时,水分子间的空隙 **减小** ,密度反而增大,超过 $4 \ce{°\!C}$ 时,分子间距离 **加大** ,密度逐渐减小

Expand All @@ -132,6 +132,6 @@

2. 结构:固态 $CO_2$ 称为干冰,干冰也是分子晶体。 $CO_2$ 分子内存在 $C\xlongequal{} O$ 共价键,分子间存在 **范德华力** , $CO_2$ 的晶胞呈面心立方体形,立方体的每个顶角有一个 $CO_2$ 分子,每个面上也有一个 $CO_2$ 分子。每个 $CO_2$ 分子与 $12$ 个 $CO_2$ 分子等距离相邻(在三个互相垂直的平面上各 $4$ 个或互相平行的三层上,每层上各 $4$ 个)

<img title="" src="images/2.3.png" width="350">
<img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/2.3.png" width="350">

3. 性质:干冰的外观很像冰,硬度也跟冰相似,熔点却比冰低得多,在常压下极易升华,在工业上广泛用作制冷剂;由于干冰中的 $CO_2$ 之间只存在 **范德华力** 不存在 **氢键** ,密度比 **** 的高。
26 changes: 13 additions & 13 deletions 02 微粒间作用力与物质性质/03 共价键 共价晶体.md
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Expand Up @@ -4,38 +4,38 @@
1. **概念**:原子间通 **过共用电子对** 所形成的相互作用,叫做 **共价键**
2. **成键粒子**:通常是 **电负性相同或差值小**(小于 $1.7$)的非金属原子或金属原子与非金属原子
3. **本质**:原子间通过 **原子轨道重叠**,高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用
<img title="" src="images/3.1.svg" width="180">
<img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/3.1.svg" width="180">

4. **共价键的形成**
1. 当两个氢原子相互接近时,若两个氢原子核外电子的 **自旋方向相反**,它们接近到一定距离时,两个 $1s$ 轨道发生重叠,电子在两原子核间出现的机会较大。**随着核间距的减小,核间电子出现的机会增大,体系的能量逐渐下降,达到能量最低状态**。核间距进一步减小时,两原子间的斥力使体系的能量迅速上升这种排斥作用又将氢原子推回到平衡位置。氢分子的形成过程中能量(主要指势能)随核该间距的变化如图所示
2. 若两个氢原子核外电子的自旋方向相同,当它们相互接近时,原子间总是排斥作用占主导地位。所以两个带有自旋方向相同的电子的氢原子不可能形成氢分子
<img title="" src="images/3.2.png" width="180">
<img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/3.2.png" width="180">

### 共价键的类型

#### $\sigma$ 键(成键方式)
1. **形成**:由两个原子的 $s$ 轨道或 $p$ 轨道「**头碰头**」重叠形成
2. **类型**
1. $s-s$ 型:($H-H$ 的 $s-s$ $ σ $ 键的形成)
<img title="" src="images/3.3.png" width="250">
<img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/3.3.png" width="250">
2. $s-p$ 型:($H-Cl$ 的 $s-p$ $ σ $ 键的形成)
<img title="" src="images/3.4.png" width="250">
<img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/3.4.png" width="250">
3. $p-p$ 型:($Cl-Cl$ 的 $p-p$ $ σ $ 键的形成)
<img title="" src="images/3.5.png" width="250">
<img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/3.5.png" width="250">
3. **特征**
以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作,共价键电子云的图形不变,这种特征称为 **轴对称**;$\sigma$ 键的强度较大(稳定性较高)

#### $\pi$ 键(成键方式)
1. **形成**:由两个原子的 $p$ 轨道或轨道「**肩并肩**」重叠形成
2. $p-p$ $\pi$ 键:($H-H$ 的 $s-s$ $ σ $ 键的形成)
<img title="" src="images/3.6.png" width="430">
<img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/3.6.png" width="430">
3. **特征**
$\pi$ 键的电子云具有 **镜面对称性** 即每个 $\pi$ 键的电子云由两块组成,分别位于由两原子核构成平面的两侧,如果以它们之间包含原子核的平面为镜面,它们互为镜像;**$\pi$ 键不能旋转,不如 $\sigma$ 键牢固,较易断裂** (所以优先形成 $\sigma$ 键)

> **以 $N_2$ 的共价键为例**
>
> 电子式:$N \equiv N$
> <img title="" src="images/3.8.png" width="350">
> <img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/3.8.png" width="350">
#### 极性共价键与非极性共价键(电子偏向)

Expand All @@ -48,7 +48,7 @@
1. 共价单键是 $\sigma$ 键
2. 共价双键中一个是 $\sigma$ 键,另一个是 $\pi$ 键
3. 共价三键中一个是 $\sigma$ 键,另两个是 $\pi$ 键
> <img title="" src="images/3.7.SVG" width="250">
> <img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/3.7.SVG" width="250">
> 注意:
>
Expand Down Expand Up @@ -87,12 +87,12 @@
> 特殊:键长($C-C$)$C_6H_6 < C_2H_6$
>
> 共价半径、范德华半径:两核间距离的一半
> <img title="" src="images/3.10.png" width="150">
> <img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/3.10.png" width="150">
#### 键角
1. **概念**:在多原子分子中,两个相邻共价键之间的夹角
2. **应用**:在多原子分子中键角是一定的,这表明共价键具有方向性,因此键角影响着共价分子的空间结构
<img title="" src="images/3.9.png" width="420">
<img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/3.9.png" width="420">
3. **知识点**
1. 杂化类型: $s p ^ { 1 } → 1 8 0 ^ { \circ } , s p ^ { 2 } → 1 2 0 ^ { \circ } , s p ^ { 3 } → 1 0 9 ^ { \circ } 2 8 ^ { \prime }$
2. 中心原子存在孤电子对,对成键电子对有较大的排斥力,键角减小(半径相等时孤对电子分割更多圆周角)
Expand Down Expand Up @@ -144,7 +144,7 @@

6. 两个原子的最近距离:$\frac{\sqrt{3}}{4}\times晶胞参数$ (对角线的 $\frac{1}{4}$ )

<img src="images/2.4.png" style="zoom:45%;" />
<img src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/2.4.png" style="zoom:45%;" />

#### 二氧化硅

Expand All @@ -156,7 +156,7 @@
6. 硅原子个数与 $Si-O$ 共价键个数之是 $1:4$ ;氧原子个数与 $Si-O$ 共价键个数之比是 $1:2$
7. $SiO_2$ 晶体 中并不存在 $SiO_2$ 分子

<img title="" src="images/2.5.png" width="180">
<img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/2.5.png" width="180">


### 石墨晶体(混合型晶体)
Expand All @@ -166,7 +166,7 @@
1. 石墨晶体中,同层的碳原子采取 $sp^2$ 杂化形成共价键,每个碳原子通过共价键($σ$ 键)与相邻的 $3$ 个碳原子相连,形成平面六元并环结构。层中 $C-C$ 键的键长( $142pm$ )、键角( $120°$ )相等。在同一平面的碳原子还各剩下一个 $p$ 轨道,它们相互平行且相互重叠,使 $p$ 轨道中的电子可在整个碳原子平面中运动
2. 石墨晶体中,每个碳原子参与了 $3$ 个 $C-C$ 键的形成,每个 $C-C$ 键被 $2$ 个碳原子共用,因此每个碳原子成键数为 $1.5$;每个碳原子为 $3$ 个六元环共用,每个 $C-C$ 键被 $2$ 个六元环共用,每个六元环平均占有 $2$ 个碳原子、$3$ 个 $C-C$ 键
3. 石墨晶体中层与层之间相隔距离较大( $335pm$ ),以范德华力相结合
<img title="" src="images/3.11.jpg" width="280">
<img title="" src="/02 微粒间作用力与物质性质/images/3.11.jpg" width="280">
3. 物理性质
1. 石墨的熔点很高,比金刚石高,原因是石墨晶体中 $C-C$ 键的键长更短,键能更大
2. 石墨质软,原因是石墨层与层间靠范德华力维系,可以发生层间的相对滑动
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