1原子的結構CONTENTS第11章現代化學生命的基本化學組成211.1知識標準識記量子數、主量子數、角量子數、磁量子數、自旋量子數的取值范圍及作用。理解原子核外電子的排布規律。理解元素周期律的本質。

第一節原子的結構

一、四個量子數1926年，奧地利科學家薛定諤提出了二級偏微分方程：

這是一個描述一個粒子在三維勢場中的定態薛定諤方程。所謂勢場，就是粒子在其中會有勢能的場，電場就是一個帶電粒子的勢場；所謂定態，就是假設波函數不隨時間變化。E是粒子本身的能量；V(x，y，z)是描述勢場的函數。這個方程的數學解很多，但從物理意義看，必須引出四個參數，這四個參數就叫量子數。

所謂量子數，是指表示微觀運動狀態的一些特定的不連續的數字。原子中電子運動狀態的四個量子數是：n，l，ml，ms。其中:n為主量子數；l為角量子數；ml為磁量子數；ms為自旋量子數。三維勢場示意圖

1.主量子數（n）主量子數在確定電子運動的能量時起頭等重要的作用。

當主量子數增加時，電子的能量隨著增加，電子離核的平均距離也相應增加。

當n=1，2，3，4，5，6，7；對應的電子層從里到外依次用字母K，L，M，N，O，P，Q來區別表示。

2.角量子數（l）

角量子數確定原子軌道的形狀，并在多電子原子中和主量子數一起決定電子的能級。對于給定的n值，l只能取小于n的正整數。

當l=0，1，2，3，…（n-1）；相應能級的符號為：s，p，d，f

…。

s為球型，p為啞鈴型，d為花瓣型，f軌道更為復雜

3.磁量子數（

ml

）

磁量子數ml

決定每種軌道在空間的不同延伸方向。角量子數決定磁量子數，磁量子數等于（2l+1）。對于每種形狀軌道，磁量子數的取值分別是：

ml

=0，±1，±2，±3，…±l。磁量子數l

和角量子數ml

的關系和它們確定的空間取向為：

軌道s、p、d、f分別有1個、3個、5個和7個空間取向。軌道s、p、d、f分別有1個、3個、5個和7個空間取向4.自旋量子數（ms）

自旋磁量子數ms，表示電子的自旋運動情況。原子中電子除了以極高速度在核外空間運動之外，也還有自旋運動。

電子有兩種不同方向的自旋，即順時針方向和逆時針方向。它決定了電子自旋角動量在外磁場方向上的分量。通常取值為±1/2，用↑和↓符號表示，稱為自旋量子數。電子的自旋有順時針方向和逆時針方向

核外電子運動的可能狀態數

二、原子核外電子分布規律

3.能量最小原理

在原子系統內，每個電子總是趨向于占有最低的能級。如果有n個相同的軌道，則電子在成對前分別平行填充各軌道；

當原子中每個電子能量最小時，整個原子的能量最低，此時原子處于穩定狀態。

4.實際排布情況

核外電子嚴格按能量最小原理排布。

一般來說，能級層高則能量大，但不是絕對的。如果把殼層與人的輩分對應，把能量與人的年齡對應,那么隨著世代的繁衍，就會出現輩分小的人比輩分大的人年齡大的情況。主量子數n角量子數l原子軌道符號相對能量n+0.7l101s1202s212p2.7303s313p3.723d4.4404s414p4.724d5.434f6.1505s515p5.725d6.435f7.1457.8606s616p6.726d7.4

理論值：Zn＝2n2核外電子實際排布情況

三、元素周期律

1.元素周期律的本質

在近代，門捷列夫發現的元素周期律是：化學元素按原子量的大小排列起來，化學性質會呈現出明顯的周期性；在現代，發現元素的性質是隨原子序數的增加而呈周期性變化的，而不是像過去認為的那樣是由于原子量的增加而呈周期性變化的，兩者的區別明顯表現在同位素概念方面。

例如，原子序數79的Au（金）原子量為197，原子序數78的Pt（鉑）同位素原子量為198；原子序數47的Ag（銀）原子量為108，原子序數46的Pd（鈀）同位素原子量為110。原子量的大小排列不能解釋化學性質的周期性變化。元素的性質是隨原子序數的增加而呈周期性變化的

2.元素性質的周期性變化

總的說來，元素在周期表中的位置，或者說元素的性質和周期性的變化是隨著原子序數的變化而變化的。原子核外電子的總數等于原子核內的質子數或電荷數，即等于原子序數。元素周期律深刻反映了元素之間的內在聯系，特別是反映了原子核外電子的排列分布情況，對于人們認識原子結構和發現新元素等有重要指導意義。

（1）元素在周期表中的周期數，等于該元素的原子的核外電子的殼層數，即主量子數。

（2）同一周期中的元素，從左向右，電子的數目由1變化到8，形成不同的族，其金屬性依次減弱，非金屬性逐漸增強，直至惰性氣體。

（3）同一族的元素，由于最外層電子數目相同，其化學性質極為相似。

原子序數1-18核外電子的分布規律示意圖思考與練習

1.量子數、主量子數、角量子數、磁量子數、自旋量子數的取值范圍及作用是什么？2.畫出原子序數1—18元素的原子核外電子分布圖。3.元素周期律的本質是什么？1原子的結構CONTENTS第11章現代化學生命的基本化學組成211.2課程標準1.知識標準

識記單糖、雙糖、多糖、脂肪、蛋白質、核酸、核苷酸的組成。理解蛋白質的多樣性、核酸的多樣性。

理解DNA和RNA的區別。2.能力目標具備初步創新思維工作能力。3.素質目標弘揚科學家精神，博學德清，鼎新致用。

第二節生命的基本化學組成

一、糖類

1.單糖單糖是最簡單的糖，最常見和最重要的單糖是葡萄糖，它的分子式為C6H12O6。1克葡萄糖徹底氧化可釋放出17138焦耳（J）的熱量。除葡萄糖外，高等動物和人類乳汁中的半乳糖、蜂蜜和鮮果中的果糖等都屬于單糖。它們是葡萄糖的同分異構體。

2.雙糖

雙糖是由兩個單糖分子脫去一分子水縮合而成的，分子式為C12H22O11。

植物中最重要的雙糖是蔗糖和麥芽糖；動物中主要是乳糖，它們都溶于水，便于在生物體內運輸。

當生物體需要能量時，它們又可水解成各自組成的單糖。麥芽糖、蔗糖、乳糖雙塘分子

3.多糖

多糖是由許多個單糖分子脫水縮合而成為鏈狀或分支鏈狀結構的大分子。植物中最重要的貯藏多糖是淀粉（彎曲）。動物中最重要的貯藏多糖是糖原（側鏈多）。

纖維素（直鏈）是重要的結構多糖。植物細胞的細胞壁主要成分是纖維素，棉花、竹、木，除水分外幾乎全部由纖維素組成，它們依賴纖維素的支撐，保持生物體的形態和堅韌性。淀粉、糖原、纖維素多塘分子

二、脂類

1.脂肪在動物的脂肪組織和油料作物種子里，脂肪的含量特別高。1克脂肪徹底氧化，可釋放出38874焦耳（J）的熱能，比糖的熱能高一倍多，因此脂肪是生物體內最經濟的貯能物質。2.磷脂生物體內最重要的類脂是磷脂，磷脂是構成細胞膜的基本原料。

每個磷脂分子都有一個親水性頭部和疏水性尾部。當磷脂分子被水包圍時，便會自動排列為雙層分子的膜，在膜的兩側是親水性頭部，而疏水性尾部則朝向膜的內面。所以磷脂在細胞里參與膜結構的形成。脂肪分子結構細胞膜的結構

3.膽固醇

人體和動物中最重要的固醇類是膽固醇。

膽固醇在紫外線照射下，在體內能轉變成維生素D、腎上腺皮質激素和性激素，調節人體和動物的生長、發育和代謝等重要生理過程。但如果體內膽固醇含量過高或膽固醇代謝失調，會使動脈硬化、血管阻塞，引起高血壓、心臟病和中風。

蛋白質是生命最基本的物質之一。組成生物體的有機物中，蛋白質的含量較高，約占身體干重的50%左右。最簡單的蛋白質的相對分子質量也有6000左右，大的蛋白質其相對分子質量可達幾百萬以上。組成蛋白質的單體是氨基酸。

三、蛋白質含蛋白質高的食品

1.氨基酸

現已知組成蛋白質的氨基酸有20種，這20種氨基酸在結構上具有共同的特點，即每種氨基酸至少含有一個氨基和一個羧基，并且都連接在同一個碳原子上。

2.肽鍵

當兩個氨基酸相互連接時，脫去一分子水，縮合形成肽鍵。

這樣，兩個氨基酸分子就連接成二肽。二肽分子中還有一個自由的氨基和一個自由的羧基，都可以分別與其他氨基酸脫水縮合成三肽、四肽。多個氨基酸脫水縮會形成多肽，由于多肽是鏈狀結構又稱多肽鏈。3.蛋白質的多樣性蛋白質分子是由一條或幾條多肽鏈聚合而成的，它包含著上百個乃至上千個氨基酸。由于氨基酸的種類和排列的順序不同，構成了蛋白質的多樣性，就像26個英文字母，可以拼出成千上萬個單詞一樣。

同時蛋白質分子中的多肽鍵可以不同的方式折疊，又構成了蛋白質復雜而多樣的空間結構，這也是構成蛋白質多樣性的原因。

四、核酸

核酸最初是從細胞核中提取出來的，呈酸性，故名核酸。

核酸是由許多核苷酸組成的多核苷酸鏈。

生物體內存在兩大類核酸，一類是脫氧核糖核酸，簡稱DNA，主要存在于細胞核中。另一類是核糖核酸，簡稱RNA，主要存在于細胞質中。核酸也是生物大分子，相對分子質量差別很大，小的2.5萬，大的可達到3000萬。核酸是生物的遺傳物質。

1.核苷酸

把DNA和RNA可以分別得到4種核苷酸。每個核苷酸由3種成分組成：一個五碳糖、一個磷酸和一個含氮堿基。在DNA中，五碳糖都是脫氧核糖。含氮堿基有4種即：鳥嘌呤（G）、腺嘌呤（A）；

胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）。在RNA中，五碳糖都是核糖（比脫氧核糖多一個氫原子），含氮堿基也是4種，即：鳥嘌呤（G）、腺嘌呤（A）；