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高中化学选修教材《物质结构与性质》内容较深，也是广大中学教师、学生在教学中感到最困难的部分。同时，有的教材本身从专业学科知识的角度来看也存在一些问题。笔者选择了其中几个典型问题作一些探讨，希望能对这些部分的教学活动起到有益的作用。

1什么叫“原子轨道”原子轨道，这是量子化学、结构化学中一个非常重要的概念，在研究微观粒子运动时经常要与其打交道。“这里所说的原子轨道与宏观物体的运动轨迹不同，它是指量子力学描述电子在原子核外空间运动的主要区域。”[1]这是一个明显的错误解释，原子轨道怎么会是一个运动区域呢?这正是想用经典力学的观点解释量子力学(量子化学)的现象，显然不行。那什么叫原子轨道呢?在量子化学中，处理一个多电子体系(包括多电子原子或多原子分子)，我们往往采取的近似解法是轨道近似方法(或称单电子近似和电子独立运动模型)。在运用这种方法时，我们需要求解任意一个单电子的波函数ψi，即求解它的Schr?dinger方程：此时，我们把原子中单电子的波函数ψi称为原子轨道。同理我们可以把分子中单电子的波函数ψj称为分子轨道[2～4]。因此即使对中学生，我们也应该把原子轨道粗略地解释为描述原子中电子运动状态的函数(波函数)，它可用来描述电子在核外空间一定区域内出现的几率，而不能解释成电子活动的区域。

2电子云图

关于用小黑点描绘的电子云图(图1)。“用小黑点代表电子在核外空间区域内出现的机会，小黑点的疏密与电子在该区域内出现的机会大小成正比。”[1]这是一种很不准确的解释。其关键问题是没有分清楚几率密度与几率的概念。试问若区域A比区域B大，但区域B内小黑点排列得紧密些，那电子在A区出现的机会大还是在B区出现的机会大呢?上述的解释是没有分清楚几率密度和几率这2个重要概念的含义和关系。在某一微体积内，2者关系如下：其中|ψ|2代表几率密度，|ψ|2dτ代表电子在体积元dτ内出现的几率。对中学生可以采取如下近似解释：小黑点密度大的地方表示电子在那里出现的几率密度大，稀则表示几率密度小[5，6]。在电子云图上取2个面积相等的区域A和B来观察，若为立体图形，则取2个体积相等的区域来观察，则小黑点密度大的区域电子出现的几率大。对电子云图，这样的解释比较准确———单位体积内小黑点的疏密程度表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小。点密集的地方，表示在那里电子在单位体积内出现的概率大……[7]。

3关于Moeller记忆图[8]在讨论多电子原子结构时，涉及到核外电子的填充顺序，很多结构化学的教科书都给出了图2。国外教材称之为Moeller记忆图[9]，国内教材一般称为构造原理图[10，11]。而称之为“原子核外电子排布的轨道能量顺序”[1]，这是一个很不准确的称呼。因为电子填充顺序的经验表达式1s，2s，2p，3s，3p，4s，3d，……并不能真实地、准确地代表在各个原子中原子轨道的能量，它只能近似预测原子基态的电子构型及定性地解释周期表中原子的电子排布[12]。对不同的原子来说(其核电荷当然不同)，原子轨道能量的顺序不一定相同，比如原子轨道能量与原子序数的关系如图3[13～15]：由图3也可以看出，原子序数不同的原子，有的是E4s>E3d，有的是E4sE4s;而Ni有d电子填充，E3d=-18.7eV，E4s=-7.53eV，即E3d

4晶体结构结晶化学是化学科学中内容极其丰富的一门学科。但迄今为止，学术界对结晶化学中的某些基本概念，如晶胞、晶系，布拉威格子等都还存在着一些不同解释和描述[17～20]，但对大多数基本概念、基础知识，学术界还是有共识的。

4.1密堆积中空隙种类在等径圆球的密堆积中把空隙分成2种类型[1]，如图4[21]。这种分类法不准确。一般把晶体中的空隙分为三角形空隙、四面体空隙、八面体空隙、立方体空隙等[22～24]。在一个密置层中只有一种空隙———三角形空隙。只能说如考虑其空间取向，有2种情况。否则的话，怎么讨论在立方ZnS中空隙的种类和个数呢?在立方ZnS(晶胞)中，可视S原子(或S2-)作立方最密堆积，形成2类空隙———四面体空隙(8个)和八面体空隙(4个)，而Zn原子(或Zn2+)填入其中4个四面体空隙(见图5)，另外4个四面体空隙(未填微粒)与前面4个四面体空隙空间取向不同，但这8个空隙只能算一类———四面体空隙，故才会得出空隙填充率等于50%的结论。

4.2关于小球堆积方式的概念在描述堆积方式时用了一个模糊概念———立方堆积[1]。与立方晶胞有关的堆积方式一般说有3种：立方最密堆积(可抽面心立方晶胞)，立方密堆积(可抽体心立方晶胞)，简单立方堆积(可抽简单立方晶胞)。教材的表述应改为“简单立方堆积。”

4.3密堆积和晶格型式(或晶胞类型)间的关系“在称为干冰的二氧化碳分子晶体中，作为线型分子的二氧化碳在空间是以A1型密堆积方式形成晶体的”[7]。这段描述与其给出的干冰的晶胞的示意图[7]是矛盾的。关于CO2(干冰)的晶格形式有2种表述：CO2为线型分子，若晶胞中4个CO2分子的空间取向相同，则晶格型式为面心立方。且可认为CO2是以立方最密堆积(A1型)方式形成晶体的。但是，若晶胞中4个CO2分子的空间取向不同，则4个CO2分子各属于一套不同的等同点，故晶格型式应为简单立方晶胞，此时可认为CO2是以简单立方堆积方式形成晶体的。正如金刚石晶胞中有8个C原子，但分属于2套不同的等同点(因其空间环境不同)，其中顶点和面心的4个碳属于一套等同点，而晶胞体内4个碳属于另一套等同点。我们只需取某一套等同点(如顶点和面心那一套)就能确定金刚石中碳原子的堆积方式和晶格型式(晶胞类型)———立方最密堆积(A1型)和面心立方晶胞，见图7。那么在不能确定干冰晶胞中，CO2空间取向是否相同时应怎么描述呢?潘道皑等采取了这种说法“形成了以分子的中心作立方密堆积排列;同时，CO2分子的轴平行于立方体体对角线。”立方体有4条对角线，即CO2分子属于4套等同点。其实质是在不考虑空间取向时，干冰可视为A1型密堆积，但实际上4个CO2分子的空间取向不同，只能视为简单立方晶胞。

5结束语

当然科学知识的学习有一定的阶段性。基于高中化学的教学特点和高中学生的接受能力，在物质结构的教学中，有些基本概念、基本观点、基础知识不可能一步到位，但也不应该提供一些不准确的甚至是错误的信息。本文针对上述一些典型问题的讨论，以期达到抛砖引玉的作用，让更多的化学同仁关心新一轮课程改革，让广大的中学师生在新一轮课程改革中获得更多的收益。

 

 

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