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高一常见的金属,非金属我们就全部过完了,对吧?今天呢,我们来进入高一的下一个阶段,就是什么,哎,把一个原子拿过来研究研究,对不对?就先研究什么东西呢?研究核外电子的一个排布规律。 那我说化学能,尤其是初高中的化学能,主要是玩什么?主要是玩核外电子,对不对?原子核里面的一些威力我们是玩不了的啊,主要是玩电子,那我们看一下,既然你想玩电子的话,你先要了解一下那是怎么排的,对吧?来,我们先回顾一下初中选过的前二十元素,你电子怎么排的,对不对啊?氢氦 李皮蓬,碳碳养肤奶,纳美铝硅磷硫铝亚钾钙。有的,我们初中就知道,其实你 排布的时候,第一个你有几层电子啊?是不是你有几层电子?是不是?是不是就在第几周期?第二个你每一层电子有多少个电子?而且我们比较关注的是谁,是不是最外层电子,是不是啊?你,你看第一列哎, 一层最大层一个电子,两层最大层一个电子,三层最大层一个电子,四层最大层一个电子。那么我们同一列的特点我们在初中就知道了,有什么特点啊?哎,在外层电子数相同,同时呢,电子层数是不是依次增大? 那同一行的呢?同一行的我们是不是也知道有什么特点啊?电子层数相同,但是呢,最外层电子数是从左到右依次变大,分别是一二三四五六七八, 是不是啊?这是我们初中都知道的知识点,那么具体怎么来的,我们是没有给出原因。那现在我们高中给出原因啊,为什么呢?就是电子排位有一个最低,三个最多,有这么一个规律,什么叫一个最低啊? 就是我核外电子在在排的时候我优先放在哪里,优先放在能量最低的电子层。那什么叫能量最低啊?靠原子核静能量最低? 为什么啊?因为离家近吗?我什么时候会天天想想家啊?因为什么?手机没电了对不对?口袋里没钱了,或者肚子里面没东西了,是不是能量比较低了就会想回家对吧?那反之 离和远的电磁能量就比较高,对不对啊?因为手机电也充满了啊,是不是吃也吃饱了,是不是出来玩玩了,是吧? 那我们在高中我们不说第一层,第二层,第三层我们习惯会用什么考试会说,哎, k 层, l 层, m 层, n 层,就是对我们说一二三四层,好吧,那么一个最低是不是好理解?那三个最多呢?第一个最多是什么?各层垫子最多容纳二乘以 n 的 平方个垫子, 注意是最多。那么最多是不是意味着我一定要做完呢?也不一定啊,也不一定的。那比如说我第一层 就最多容纳两个,第二层呢,最多容纳八个,第三层呢?最多容纳十八个,第四层呢?最多容纳三十二个,对不对?是最多容纳这么多啊,其次还有什么东西最外层电子不超过八个? and 你 看一下,我们无论初中学到二十个,还是高中一直学到三十六个, 你看第二层是不是都是一到八,对吧?一到八这样排布啊?所以这个是不好理解,注意有个特殊 k 为第二层的时候就不超过二,说人话就是什么?你如果只有一层垫子啊,你第二层就不超过两个垫子。比如说什么?亲,你只有一层垫子吧?第二层只有一个, 还有呢?你第二层你是不是只有一层垫子?第二层只有两个,看到吗?所以这是一个小特例。还有还有什么次外层最多不超过十八个,什么叫次外层?说白了就是倒数第二层, 对吧?比如说你看一下最外层次外层,最外层次外层,最外层次外层,你看看这个,这个最外层三个垫子,次外层是不是十八个垫子啊?对不对啊?这边是不是好理解啊? 不超过十八个垫子啊?同时倒数第二层不超过三十二个。什么叫倒数第二层?那最好理解呢?最外层次外层,倒数第二层,是不是啊?那这个一个最低,三个最多,是不是都好理解啦?

这个就是写开就什么呢?就是 r 平方,那个那个是这样的啊, r 平方减去个 vr 加上一个 k 平方,减去一个 l 乘 l 加一二平方, 哎, 这边的话是负的呀,减去 l 平方,哎呀,这个负的移过去呀, ok, 这个就是能量本正态,那个能量本正态,求能量本正态的镜像方程 分离变量了,把那个 setif 都扔掉了啊? 这个就是求解清源子的话,就可以用带入这个,把那个清源子的那个中心市场的那个平方反比库伦利带上。 我们呢,这个我们的目的不是去解清源子,我们今天是从数学的角度来看哈,所以说我们现在呢就看看这个啊, 就是如果这个,呃,就是做一个微扰,就说我们先看看如果, 呃在这个市场为零的情况下,它的展开机能不能找到一组展开机,我们也知道这组展开机呢?这个不是这个哈密顿量的本征态,但是呢?

嘿,欢迎大家,今天啊,我们来当一回化学侦探故事的主角呢,就是眼前这个分子屁丁,你看他好像平平无奇,但他身上其实藏着一个特别有意思的化学谜体。准备好了吗?我们马上开始 好谜题来了。你看啊,这个分子上有两个绿原子对吧?一个在二号位,一个在四号位,看起来几乎一模一样。但奇怪的是,一旦发生化学反应,其中一个就特别活跃,反应速度嗖嗖的,另外一个呢,就显得慢吞吞。 这到底是为什么呢?谁才是那个反应中的优等生?又是什么在背后决定了他们的命运? ok, 那 咱们就正式开始探案了。第一步,我们得先调查一下案发现场,也就是这个密定分子本身在任何反应都还没发生的时候,他到底是个什么样?所以我们的第一条线索就是从他的电子分布入手。 来,咱们先好好认识一下这个密定环,你看,环上有两个氮原子。 碳这个东西啊,在化学里可是个吸电大户,颠覆性特别强,你完全可以把它想象成两个超级强力的电子吸尘器,它们就待在那,拼命的把旁边碳原子身上的电子给吸过去。 这么一来,碳原子不就惨了吗?电子被抢走了,自己就变得缺电子了,也就是带了点正电赫,这一下,它就成了一个特别显眼的目标,就等着别的分子来攻击它。 好,现在焦点就落在了我们两个嫌疑点上,连着绿的二号位碳和四号位碳,你仔细看啊,这个二号位的碳,它的位置有点特别,正好被两个氮原子,也就是那两个吸尘器给死死的夹在了中间,就像三明治里的那片肉。 而四号位的碳呢,情况就好一点,他只跟一个弹原子做邻居。哎,这么一看,你是不是觉得那个二号位的碳被两边吸,肯定更缺电子,理应更容易被攻击才对啊。嗯,第一感觉确实是这样, 但是化学反应这东西,你不能只看起跑线,过程才是决定胜负的关键。所以说,咱们这第一条线索可能有点迷惑性哦,别被他骗了。好了,既然起点有点迷惑,那我们就得往后看,看看反应过程中发生了什么。 接下来,这个就是解开谜题的真正核心了,我们要深入到反应发生的那个瞬间,去认识一个决定性的角色反应中间体。 这种反应呢,在化学上叫亲核芳香取代反应。名字听起来复杂,但过程其实就三步,特别好理解。第一步,进攻一个带电子的新分子,我们叫他进攻者,他看中的那个缺电子碳,咚一下就冲过去了。 第二步,形成中间体,他们俩会结合,形成一个临时的带负电赫的复合物,这个就是我们说的中间体,他很不稳定,只是个过渡状态。 第三步,走人,原来那个绿原子一看没自己什么事了,就被一脚踢开,离开了分子, 好了,反应完成。所以你听明白了吗?整个反应的关键就在第二步,就在那个中间体身上。 你想啊,这个中间体它只是个临时的状态,它本身是不稳定的,但如果它能相对稳定一点,那形成它就没那么费劲,需要的能量就少,整个反应的速度就会特别快。所以记住这句话,中间体的稳定性决定一切,稳定就是王道。 行,理论我们懂了,现在就来实战对决一下,我们来看看,如果进攻者分别攻击二号位和四号位形成的中间体,谁更稳定?你看啊,当攻击二号位时,新产生的那个负电鹤可以被他旁边的两个弹原子帮忙分担一下,这挺不错的。 但是当攻击四号位时,那个负电鹤同样也能被弹原子分担,而且分担的方式要巧妙的多,导致这个中间体异常的稳定。哎,这就奇怪了,都是弹原子在帮忙,为什么四号位就更厉害呢? 来了来了,这就是揭晓谜底的啊哈,时刻关键就在于负电赫的位置,当进攻发生在四号位时,新多出来的那个负电赫可以通过共振完美的跑到一个弹原子线上去。 你想想,弹原子本来就喜欢电子,现在有个负电赫直接送上门,他当然乐意帮忙稳住了。这就好比一个团队里,你得把最艰巨的任务交给能力最强、最适合干这个活的人,对吧? 四号位就是这么个情况,他让傅电赫找到了最好的归宿。而二号位呢,虽然也有弹原子帮忙,但位置没那么好,效果就打了折扣。所以就是这个更稳定的中间体结构,让四号位的反应性远超二号位,这才是最根本的原因。 好,核心证据我们已经掌握了,但一个严谨的侦探还需要更多的佐证。别急,我们还有两条辅助线索,他们能让我们的结论更加无懈可击。 第一条佐证特别简单直接就是个数学问题,概率你看看这个密定分子,他其实是对称的 那个四号位,其实他在环的另一边还有一个双胞胎兄弟,就是六号位,他俩的化学环境一模一样,所以对于一个进攻者来说,他能攻击的四号位类血的把子其实有两个, 但你看二号位呢,就孤零零一个。所以啊,纯粹从碰运气的角度来说,撞上四号位或者六号位的概率就是撞上二号位的两倍,机会都多一倍,反应性自然就占了便宜, ok? 第二个佐证跟物理空间有关,我们可以把它想象成一个交通问题,化学家给他起了个很酷的名字,叫空间位阻,但说白了就是路太窄不好走。 你再看回那个二号位,他被两个蛋圆子夹在中间,就像一个特别窄的门,两边还站着俩保镖,进攻者想要挤进去是不是挺费劲的?这路太堵了。 但四号位就不一样了,旁边相对开阔,像个敞开的大门。所以啊,就算我们完全不考虑前面说的电子啊、稳定性啊这些,单单从进攻的难易程度上看,四号位也是个更容易得手的目标。 好了,各位侦探到现在,所有的线索都汇总到一起了,案情已经非常明了。不过咱们解开这个谜题可不只是为了好玩,更重要的是看看现实世界里的化学家们是怎么利用这个发现来大展身手的。 来,我们做个结案,沉池。你看这张表,一目了然。第一,核心元心中间题,稳定性,四号位完胜。第二,物理条件,空间位阻,四号位路更宽,胜出。 第三,概率问题,统计击坏四号位是二号位的两倍右胜。三大优势加在一起还有悬念吗?当然没有,四号位的洛就是那个反应活性更强的天选之子。 知道了这个秘密之后,化学家们可就厉害了,这不仅仅是满足了我们的好奇心,它给了化学家一种近乎魔法的能力,那就是选择性和控制力, 他们可以像乐队指挥一样精确的指挥反应。哎,你去四号位,哎,现在轮到你了,去二号位, 那他们是怎么做到的呢?秘诀其实很简单,控制温度。你想啊,在比较温和的低温条件下,给的能量不多,反应当然会敲那条最好走的路,也就是能量门槛最低的四号位。 但是如果化学家想让反应发生在二号位怎么办?也好办,给他加温,提供大量的能量,强行把反应推过那个更高的能量门槛,让他去走那条更难的路。 你看,就这么简单的调一调温度,化学家就能像拨动开关一样随心所欲地控制反应的位置,是不是很神奇?好了,今天的密令之密到这里就真相打败了。 但你想想,这只是茫茫分子世界里的一个小小的例子,在那个我们看不见的微观世界里,还藏着多少这样精妙绝伦、支配着一切的规则?正是因为我们不断地去发现、去理解,去利用这些规则,我们才能创造出新的材料,研发出拯救生命的药物。 而这种不断探索未知的过程,可能就是化学这门学科最让人着迷的地方吧。

上一个视频我们一起学习了元素的分类和元素符号的意义,这个视频我们一起来学习元字的符号和 y 电子的分层排布和元字结构诗意图。 那元字的符号如何表示呢?我们知道元素符号有三个意义,其中有一个意义就是可以表示一个圆字, 所以圆字的符号我们就可以用对应的元素符号来表示。比如青元字的符号,我们就用青元素的符号大写 h 来表示,这个时候他就表示青元字 同样留圆子的符号,我们用大写 s 来表示。绿圆子的符号,我们就用大写 c, 小写 l 来表示。 那其他原子的符号,我们都用对应的元素符号来表示,这就是原子的符号,就是可以用对应元素符号来表示。下面老师展示三种原子的模型, 那我们猜一下这三种原子分别表示哪三种原, 我们看第一幅图,他这里边运动着一个电子,说明他的电子数是一,电子数等于质子数,等于原子叙述,也就是说该元素的原子叙数是一,那么他就是轻元素, 那这个元字就应该是一号元素清元素的清元子。第二幅 图,他有三个电子,说明他是三号元素的原子,那就是李原子。 第三幅图,他和外运动者十一个电子,说明他对应的元素就是那元素,那这幅图就可以表示那元素的原子,那原子 那清园子河外有一个垫子,而李园子和那园子河外就有多个垫子了。那么多个垫子在河外运动的时候会不会相撞呢? 我们说是不会相撞的,那他们如何用洞呢?下来我们看这是清园子的原子河,河外有一个电子,这个电子呢就围绕着清园子的原子河 在河外做高速运动,那么他所达到的区域范围就这么大,而对于大圆子来说,他和外有十一个电子,这十一个电子的能量又不相同, 那么在离原子核最近的区域运动着能量最低的电子,那么最近的区域运动着两个电子, 能量再高一点的电子,他离原子河远的比较远的区域运动,那这八个电子就在那原子河外的这个区域运动, 然后再生一个电池,他在离原子河更远的区域涌动,那也就是说电子他在河外 运动的时候是不会相撞的,他是分区域运动的,我们把这个区域认为的就叫电子层,电子经常出现的区域就叫电子层,那清源子他只有一个电子层, 而那原子他就有了三个电子城呢?那我们看一下,我们把离原子河最近的区域叫第一电子城, 再远一点的第二电子层,再远一点的第三电子层。那么电子运动着的电子的能量就是从内向外, 能量是由低到高。所以我们说多垫子的原子,他的垫子在海外运动的时候是不会打 假的,他是分层排布的,那么这个排布规律是什么呢?下来我们看和 y 垫子的排布规律, 那我们说每一层电子最多排二 n 平方个 n 是什么呢? n 就是电子层数, 比如这个原子他有三个电子槽,这是原子核离原子核最近的区域,第一电子槽红色的区域,第二电子槽那么绿色的区域就是第三电子槽, n 就表示电子层。这样我们看第一层电子第一层最多排两个电池,因为 n 等于一二, n 平方 是不等于二,那第二层最多排多少个呢?是不是卬们就变成二了?二乘以二的平方,也就是第二层最多排八个点子,那么第三层 是不是三三得九乘二,是不是排十八个垫子,第四层最多排三十二个垫子,这个我们在高中学习中再继续进行下来。核外垫子排不规律,我们还要兼顾到 第二条规则,最外层不超过八个垫子,也就是原子的最外层,他不能超过八个垫子。如果只有一个垫子层时,这一个垫子层上不能超过两个垫子,也就是第一层 成为最外层时,最多排两个电池。另外我们还要接顾到这一条规则,它是由里向外排满的。比如第一层上我们排满两个电池, 第二层要排到八个垫子,排满八个垫子满了,我们才能排第三个垫子,也就是由里向外逐层排满,不能第一层没排完,我们就排第二层,这就是不对的。 那我们把这种牌部规律用简简的诗意图表示出来,就是原子结构诗意图下来,我们看原子结构诗意图的画法。我们用圆圈表示原子盒, 圆圈内的数字我们就可以表示质子数,也可以表示合电合数。这呢我们是用那原子为例,也就说该原子那原子合电合数,质子数是十一,那正好就表示 原子核带正电合。另外我们说电子层,我们就用弧线来表示,离原子核最近的我们叫第一电子层,那么这一层就是第二电子层, 第三电子层也就是那圆子,他总共有三个电子层,对于那圆子来说,第三层也是他的最外层,所以这里的弧线我们就表示电子层, 无线上排波的电子,我们就表示该电子层上的电子数。 那对于那圆子来说,他的最外层也就是他的第三层,那么这个数字一呢?是不是就表示的是他的第三层排电子数是一,也就是最外层他的电子数是一, 这就是原子结构式意图的画法,你会了吗?下来我们看一下这四个原子的结构式意图正确吗?比如第一个, 我们说质子数应该等于和外电子数,这很显然九和和外电子数十是不相等的,所以他是做的 正确的应该是二七。第二个原子他应该画的是美圆子的结构式意图,但是我们说第二层最多排八个垫子,现在他排了十个垫子,很显然是错的, 那么正确的排法应该是二八二。第三个原词,他应该排一个, 应该有正号原子核,带正列核,那么他没有给你带正号,所以是错的。那正确的是不应该我们画出来是这样的。第四个原子呢? 看最第二层最多排八个,他现在排了九个,很显然是错的了,正确的应该是二八四。那 其他原子的你会画吗?比如清原子,我们是不是这样慌啊?他的原子和内是不是有一个尺子, 那么需要和外有一个垫子,需要一个垫子层就行呢?二号元素害他害原子的结构是一图,我们就这样画,那其他原子的结构是一图,你试着画, 你画出来以后可以和老师的答案呢进行对比好了。