化学理论在化学讲授中的实用性

作者：胡国栋 单位：沈阳化工学院

在讲到电子云这一概念时即如此，首先对电子云有一个比较明确的定性的文字叙述，进而说电子云是波函数甲绝对值平方l甲l“的形象化描述，或者说}平l“的空间图象就是电子云、为了说明电子在核外运动得太快，除了用数据描述外，还要用宏观的现象来比拟，让学生体会到，由于运动太快，可能连成一片从而形成’“云”。比如，-用手摇动一支点燎的香烟或其他东西，由手摇得太快而形成了一个火圈，进而说明电子运动更快，因此能形成电子云。使抽象的娜念形象化，收到良好的效果。

对某些重要概念或理论应打下伏笔，适时托出

在理论部分的讲授中，对某些具体问题可以有意识的埋下伏笔，到叙述部分的有关章节再进一步引伸揭示全貌。在讲到过渡元素IB，班B时，对这两个副族的排头元素Cu和Cr的核外电子排布问题，就可以结合原子结构一章讲过的全充满、半充满、全空时比较稳定，此时可以结合稳定性的实质进行较深入的讲述:在多电子的原子中电子的填充原则和次序的问题，在原子结构一章已经讲过，而且在一般的无机化学书上都有较明确的文字记载，但对于不符合填充次序的IB中的29号Cu及VIB中的24号元素Cr，只谈到全充满、半充满时比较稳定，往往不再说明其道理，而有的结构化学书.上谈的也不甚明确，只谈到:，t.••…角量子数相同的轨道全充满、半充满或全空的状态是比较稳定的(即全充满p。、d‘。、f‘名，半充满p“、d6、f7，全空p。、d。、f。)，这很显然符合洪特规则的要求”。那么这里显然是把全充满、半充满状态认为是洪特规则的一个特例了，对于全充满、半充满状态为什么是稳定的本质问题涉及很少或不做说明，学生有时也会感到不大信服。有的量子力学书上解释为:亚层全充满代表最大稳定性条件。根据这种情况，在讲到Cu和Cr时，可在原子结构一章中全充满即Cu是3d‘”45’，半充满即Cr是3d“4s‘时比较稳定的基础上，做进一步的讲述，这样在原子结构一章打下个伏笔，到工B及VIB中来解决全部问题，使学生感到元素化学部分也还有不少理论问题，理论部分的基本概念也可以得到再现，从而达到了强化和加深的目的。告诉学生，这种例外是因为被全充满和半充满的亚层与电子发生跃迁的亚层的能量势均力敌而引起的，或者说这种例外是因为各亚层的能量相近而引起的，所以电子较容易从一个亚层转移到另一个亚层中去;另一种情况是，对于原子序数较大的元素原子来说，d和指色级的位置也将有明显的变化，当Z较大时，将会有3d<4s或者4d<5s的现象出现。对Z=57的La，实际上没有4f电子却有一个sd电子，这就说明4f亚层的电子和5d亚层电子的能量是很接近的，使4f亚层上的电子很容易转移到sd亚层上去。再从电子云的角度分布来看，当原子或离子处于全充满或半充满状态时，其总的角度分布是具有球形对称性的，这种球形对称的角度分布是无节面的，其它单个电子的p态或d态的电子云角度分布都具有一个以上的节面。两个电子的p态或三、四个电子的d态迭加后的电子云角度分布都是个非球形对称的，而球形对称的角度分布要比非球形对称的角度分布来得更稳定些。通过这样深入的讲述，不但可以使学生回忆、联想过去所学过的知识，而且可以引起学生对元素化学这部分内容的学习兴趣。

再现与强化某些基本概念、基本理论

对某些重要的概念和理论，应尽量做到不断的再现和强化。比如分子轨道理论在解决分子的形成、结构等诸方面的作用，当讲到稀有气体一章时，教师可以采取自问自答或教师提出问题让学生回答的方式，调动学生的积极思维、联想和回忆。可以这样引出问题:稀有气体He是单原子分子还是双原子分子呢?学生回答或教师提出结论性意见是单原子分子，那么按分子轨道理论它是否能形成双原子分子呢?（公式略）所以，He:分子没有成键，即He:分子是不存的，只能以单原子分子He形式而存在。又如讲到VIA的氧时，可以在讨论氧分子及超氧离子和过氧离子的结构时，联想分子轨道理论和分子结构一章的有关内容。过去有人认为02分子中，氧与氧间是双键结合的:O一O，但人们根据磁性实验知道O:分子是有顺磁性的，说明02分子中有二个自旋方向的成单电子存在，这是价键理论所无法解释的。依分子轨道理论按能级顺序排排，到底怎样?‘（式略）学生可能怀疑键级为啥是2呢?此时可进一步说明，每一个三电子键为1/2键级，所以1个a键+2个三电子键xl/2二2，这样的追述和联想不仅解决了一些疑难问题，而且对O:分子的结构的理解也更加信服了。对于超氧离子及过氧离子即O一2及O呈-也可与02分子进行比较，进而说明O一:及O霆一的性质，02分子中有1个a键和2个三电子键，而超氧离子O一:可视为在O:分子上加1个电子而形成的，按02分子的分子轨道能级顺序，电子应加在反键轨道伽帝yZP)上，这便可消除1个三电子键，所以超氧离子只有1个三电子键和1个a键，进而说明如果超氧离子再获得1个电子则成为过氧离子O盆一卜这样又可消除1个三电子键，所以过氧离子只有1个a键，不存三电子键，然后将三者的结构作一简单比较:（思路）这样的联想和对比，不仅使学生对O:分子的结构有较深的理解，而且对继续讲过氧化物及超氧化物的性质也是很有益处的。总之，理论部分在元素化学中的应用是个重要问题，一方面包括理论内容在叙述部分的重现和应用;另一方面是理论内容如何有计划的分散于叙述部分。当然不能面面俱到，更不能画蛇添足，如果掌握得当，就可以扭转学生认为叙述部分只是材料堆砌的不正确看法，从而提高学习的积极性。