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23.4.15:完善了非常多的地方
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Seeridia committed Apr 14, 2023
1 parent a600ca1 commit 9db9d9c
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Showing 37 changed files with 171 additions and 86 deletions.
6 changes: 3 additions & 3 deletions 01 原子结构与元素性质/01 核外电子排布方式.md
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## 能层与能级

- **能层:** 多电子原子的核外电子的能量是不同的,离核近的电子能量较低,离核越远,电子的能量越高。可以将核外电子分成不同的能层,并用符号**K、L、M、N、O、P、Q....** 表示相应离核最近的第一能层,次之的第二能层,以此类推三、四、五、六、七能层
- **能层:** 多电子原子的核外电子的能量是不同的,离核近的电子能量较低,离核越远,电子的能量越高。可以将核外电子分成不同的能层,并用符号 $K、L、M、N、O、P、Q....$ 表示相应离核最近的第一能层,次之的第二能层,以此类推三、四、五、六、七能层

| 电子层序数(n) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 电子层序数( $n$ ) | $1$ | $2$ | $3$ | $4$ | $5$ | $6$ | $7$ |
| -------- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| **符号表示** | $K$ | $L$ | $M$ | $N$ | $O$ | $P$ | $Q$ |
| **能量大小** || $\longrightarrow$ | $\longrightarrow$ | $\longrightarrow$ | $\longrightarrow$ | $\longrightarrow$ ||
| **距核远近** || $\longrightarrow$ | $\longrightarrow$ | $\longrightarrow$ | $\longrightarrow$ | $\longrightarrow$ ||

- 实验和量子力学研究表明,多电子原子中,同一能层的电子,能量可能不同,因此还能再将它们分成若干能级。在每一个能层中,能级符号的顺序是ns、np、nd、nf... (n表示能层)
- 实验和量子力学研究表明,多电子原子中,同一能层的电子,能量可能不同,因此还能再将它们分成若干能级。在每一个能层中,能级符号的顺序是$ns、np、nd、nf...$ ( $n$ 表示能层)

<img title="" src="images\1.1.png" alt="" data-align="inline">

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@@ -1,6 +1,8 @@
# 原子结构与元素性质 · 四 · 「原子结构 元素周期表」
![](images/4.1.png)
> 类金属:$Te,Sb,B,Ge,As,Si$(记忆:弟弟捧着神龟-碲锑硼锗砷硅)
> 类金属:$Te,Sb,B,Ge,As,Si$
> 碱金属:$Li,Na,K,Rb,Cs,Fr$
> 卤素:$F,Cl,Br,I,At,Ts$
## 核外电子排布与周期的划分

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Expand Up @@ -219,7 +219,7 @@ $$\begin{split}
</tr>
<tr>
<th>最外层电子数</th>
<th>1\longrightarrow 2或8</th>
<th>1 2或8</th>
<th>相同</th>
</tr>
<tr>
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<img title="" src="images\6.1.png" alt="" 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 ④ 简单气态氢化物稳定性(单质与$H_2$反应难度减弱) ⑤ 第一电离能(存在例外) ⑥ 电负性
- **随周期的↗,主族的↘而↗的性质**从右上至左下):
- **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 ④ 简单气态氢化物稳定性(单质与 $H_2$ 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
- **随周期的↗,主族的↘而↗的性质**从右上**至左下**):
① 金属性 ② 单质的还原性(简单阳离子的氧化性降低) ③ 最高价氧化物对应的水化物的碱性 ④ 与 $H_2O$、酸反应的剧烈程度
- **金属氢化物稳定性**:
向左上方向增大(同周期左侧金属性强,但同主族向下时原子半径大,键长长,键能小,分子稳定性低,因此左上方稳定)
> $N a H > M g H _ { 2 } > A l H _ { 3 } , L i H > N a H > K H$
- **非金属氢化物稳定性**: 向右上方向增大(右上方原子半径小,键长短,键能大,分子稳定性高)
> $H F > H C l > H B r > H I,H F > H _ { 2 } O > N H _ { 3 } > C H _ { 4 }$
- **原子半径的比较方法**
1. 同周期主族元素,从左到右,原子半径依次滅小
2. 同主族元素,从上到下,原子半径依次增大
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1. 元素周期表中第一周期只有$H$和$He$两种元素,如果推断时已知元素位于不同周期,可优先考虑或排除第一周期的$H$,简化推断思路
2. 短周期中主族序数与周期序数相同的元素有$H、Be、Al$

4. **根据物质的转化关系推断元素**
4. **根据物质的转化关系推断元素**

> **常见元素提示词:**
> 1. $H$:原子半径最小,同位素没有中子,密度最小的气体
> 2. $C$:形成化合物最多的元素,单质有三种常见的同素异形体(金刚石、石墨、富勒烯),$^{14}C$ 可用于测定年代
> 3. $N$:空气中含量最多的气体(78%)单质有情性,化合时价态很多,化肥中的重要元素
> 4. $O$:地壳中含量最多的元素,空气中含量第 $2$ 的气体( $21\%$ )。生物体中含量最多的元素,与生命活动关系密切的元素,有两种气态的同素异形体
> 5. $F$:除 $H$ 外原子半径最小,无正价,不存在含氧酸,氧化性最强的单质
> 6. $Na$:短周期元素中原子半径最大,焰色反应为黄色
> 7. $Mg$:烟火、照明弹中的成分,植物叶绿素中的元素,铝热反应的引燃剂
> 8. $Al$:地壳中含量第三多的元素、含量最多的金属,两性的单质,常温下遇强酸会钝化
> 9. $Si$:地壳中含量第二多的元素,半导体工业的支柱
> 10. $P$:有两种常见的同素异形体(白磷红磷),制造火药的原料(红磷)、化肥中的重要元素
> 11. $S$:单质为淡黄色固体,能在火山口发现,制造黑火药的原料
> 12. $Cl$:单质为黄绿色气体,海水中含量最多的元素,氯碱工业的产物之一
> 13. $K$:焰色反应呈紫色(透过蓝色钻玻璃观察)。化肥中的重要元素
> 14. $Ca$:人体内含量最多的矿质元素,骨骼和牙齿中的主要矿质元素
21 changes: 17 additions & 4 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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> <img title="" src="images/3.10.png" alt="" 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" alt="" width="420">
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" alt="" 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)
> 例: $C H _ { 4 } > N H _ { 3 } > H _ { 2 } O $
3. (影响较小)双键对单键有较大的排斥力,单键键角减小(半径相等时双键分割更多圆周角)
> 例: $C O C l _ { 2 } $ 中 $C$ 为中心原子,$\angle O - C - C l > \angle C l - C - C l $
4. (影响较小)大体积的基团有较大的排斥力,单键键角减小(半径相等时大基团分割更多圆周角)
> 例: $N H _ { 3 } , N H _ { 2 } O H , N H _ { 2 } \left( C H _ { 3 } \right) $ 中 $\angle H - N - H$ 递减
5. 中心原子电负性增大,成键电子受到向中心更大的吸引力(半径减小),键
角增大
> 例: $N H _ { 3 } > P H _ { 3 } , H _ { 2 } O > H _ { 2 } S $
6. 配原子电负性增大,成键电子受到向外侧更大的吸引力(半径增大),键角减小
> 例: $N H _ { 3 } > N F _ { 3 } , H _ { 2 } O > O F _ { 2 } $
## 共价晶体

Expand Down Expand Up @@ -143,7 +156,7 @@
2. **结构特点**
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
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" alt="" 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
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36 changes: 10 additions & 26 deletions 02 微粒间作用力与物质性质/04 金属键 金属晶体.md
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## 金属晶体的熔沸点、硬度比较
1. 金属的熔沸点高低及硬度大小与金属键的强弱直接相关。金属键越强,金属的熔沸点越高,硬度一般也越大
2. **金属键的强弱主要取决于金属阳离子的半径和离子所带的电荷数**
$$E\propto\frac{Q}{r}$$
3. 同周期金属单质,从左到右(如$Na、Mg、AI$)熔、沸点逐渐升高同主族金属单质,从上到下(如碱金属)熔、沸点逐渐降低
>$$熔点:Na+<Mg<Al \begin{cases}
>$$熔点:Na<Mg<Al \begin{cases}
半径 & Na^+>Mg^{2+}>Al^{3+}\\
电荷数 & Na^+<Mg^{2+}<Al^{3+}\\
\end{cases}$$
Expand All @@ -41,29 +40,15 @@
## 常见金属结构

### 简单立方堆积
| | 简单立方堆积 | 体心立方堆积 | 面心立方最密堆积 | 六方最密堆积 |
| -------------- | ----------------------------------------------------- | ------------------------------------------------------------ | ------------------------------------------------------------ | :------------------------------------------------------ |
| **原子位置** | 顶角 | 顶角、体心 | 顶角、面心 | |
| **原子数** | $8 \times \frac{1}{8}=1$ | $8\times\frac{1}{8}+1=2$ | $8\times\frac{1}{8}+6\times\frac{1}{2}=4$ | $12\times\frac{1}{6}+2\times\frac{1}{2}+3=6$ |
| **配位数** | $6$ | $8$ | $12$ | $12$ |
| **空间利用率** | $\frac{\frac{4}{3}πr^3}{8r^3}\cdot100\%\approx52.4\%$ | $\frac{2\cdot \frac{4}{3}πr^3}{(\frac{4}{\sqrt{3}}r)^3}\cdot100\%\approx68.02\%$ | $\frac{4\cdot \frac{4}{3}πr^3}{16\sqrt{2}r^3}\cdot 100\%\approx74.05\%$ | $\frac{8\pi R^3}{24\sqrt2R^3}\times100\%\approx74.05\%$ |
| **代表金属** | $Po$ | $Na、K、Fe、Li、Ba$ | $Cu、Ag、Au、Al、Pd、Ca$ | $Mg、Zn、Ti$ |

代表物质:$Po$
原子数;$8 \times \frac{1}{8}=1$,配位数:$6$
空间利用率:$\frac{\frac{4}{3}πr^3}{8r^3}\cdot100%=52.4%$

### 体心立方堆积

代表物质:$Na、K、Fe$
原子数:$8\times\frac{1}{8}+1=2$,配位数:$8$
空间利用率:$\frac{2\cdot \frac{4}{3}πr^3}{(\frac{4}{\sqrt{3}}r)^3}\cdot100%=68.02%$

### 面心立方最密堆积

代表物质:$Mg、Zn、Ti$
原子数:$8\times\frac{1}{8}+6\times\frac{1}{2}=4$,配位数:$12$
空间利用率:$\frac{4\cdot \frac{4}{3}πr^3}{16\sqrt{2}r^3}\cdot 100%=74.05%$

### 六方最密堆积

代表物质:$Cu、Ag、Au$
原子数:$12\times\frac{1}{6}+2\times\frac{1}{2}+3=6$ 配位数:$12$
空间利用率:$\frac{2\cdot \frac{4}{3}πr^3}{8\sqrt{2}r^3}\cdot 100%=74.05%$
> 性质: 原子配位数越高,金属延展性、可塑性越好
> <img title="" src="images/1.4.png" alt="" width="350">
>
Expand All @@ -86,5 +71,4 @@
> <img title="" src="images/1.6.png" alt="" width="100">
>
> 六方最密堆积:分子数:$12\times\frac{1}{6}+2\times\frac{1}{2}+3=6$ 配位数:$12$
>
> 六方最密堆积:分子数:$12\times\frac{1}{6}+2\times\frac{1}{2}+3=6$ 配位数:$12$
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Expand Up @@ -2,7 +2,7 @@

## 离子键

1. 概念:带相反电荷离子之间的相互作用称为离子键(ionic bond)。其成键粒子为阴阳离子,相互作用为**静电作用**(引力和斥力),成键过程为:阴阳离子接近到某一定距离时, 吸引和排斥达到平衡
1. 概念:带相反电荷离子之间的相互作用称为离子键(ionic bond)。其成键粒子为阴阳离子,相互作用为**静电作用**(引力和斥力),成键过程为:阴阳离子接近到某一定距离时 吸引和排斥达到平衡
2. 离子键没有**方向性****饱和性**,因此,以离子键结合的微粒倾向于形成紧密堆积,使每个离子周围尽可能多地排列带异性电荷的离子,从而达到稳定结构

### 晶格能
Expand All @@ -21,7 +21,7 @@ $$NaCl(s)\rightarrow Na^+(g)+Cl^-(g) \qquad U=786 kJ·mol^{-1}$$

> **离子晶体相关概念理解时的注意点**
> 1. 离子晶体中无分子。如 $NaCl$、$CsCl$ 只表示晶体中阴、阳离子的个数比,为化学式,不是分子式
> 2. 由金属元素和非金属元素形成的晶体不一定是离子晶体,如$AlCl_3$,是分子晶体;全由非金属元素形成的晶体也可能是离子晶体,如$NH_4Cl、NH_4NO_3$,等铵盐的晶体为离子晶体
> 2. 由金属元素和非金属元素形成的晶体不一定是离子晶体,如$AlCl_3$是分子晶体;全由非金属元素形成的晶体也可能是离子晶体,如$NH_4Cl、NH_4NO_3$,等铵盐的晶体为离子晶体
> 3. 离子晶体中一定存在离子键,除离子键外可能有其他类型的化学键。如$NaOH$晶体中除有钠离子与氢氧根离子间的离子键外,还有氢氧根离子内氢原子和氧原子间形成的极性共价键
> 4. 离子晶体中,每一个离子周围排列的带相反电荷的离子数目都是固定的,不是任意的
> 5. 对于超导材料,一般暗示为离子晶体
Expand Down Expand Up @@ -49,7 +49,7 @@ $$NaCl(s)\rightarrow Na^+(g)+Cl^-(g) \qquad U=786 kJ·mol^{-1}$$
1. $NaCl$ 晶胞
<img title="" src="images/5.1.png" alt="" width="120">
$NaCl$ 晶胞如图所示,每个 $Na^+$ 周围距离最近的 $Cl^-$ 有 $6$ 个,构成正八面体。每个 $Cl^-$ 周围距离最近的 $Na^+$ 有 $6$ 个,构成正八面体,由此可推知晶体的化学式为 $NaCl$
1. 每个$Na+(Cl-)$周围距离相等且最近的$Na+(Cl-)$是 $12$ 个
1. 每个$Na^+(Cl^-)$周围距离相等且最近的$Na^+(Cl^-)$是 $12$ 个
2. 每个晶胞中实际拥有的 $Na^+$ 数是 $4$ 个,$Cl^-$数是 $4$ 个
3. 若晶胞参数为$a$ $pm$,则氯化钠晶体的密度为$\frac{234}{N_A\cdot a^3\times10^{-30}} g·cm^{-3}$
2. $CsCl$ 晶胞
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