原子结构第一节

1、 物质结构理论是现代化学的重要组成物质结构理论是现代化学的重要组成部分，它揭示了部分，它揭示了物质构成的奥秘物质构成的奥秘、物质结物质结构与性质的关系构与性质的关系，有助于人们理解物质变，有助于人们理解物质变化的本质，预测物质的性质，为分子设计化的本质，预测物质的性质，为分子设计提供科学依据。提供科学依据。 本教材分为三章：本教材分为三章：原子结构原子结构、化学键化学键与分子间作用力与分子间作用力和和物质的聚集状态与物质物质的聚集状态与物质性质性质。第第1章章 原子结构原子结构 第第1节节 原子结构模型原子结构模型一、原子结构模型的认识历程一、原子结构模型的认识历程 1、公元前400多年前，希

2、腊哲学家德谟克利特等人认为 ：把构成物质的最小单位叫原子。1-1 原子结构模型原子结构模型 2、19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体。 3、1903年，英国科学家汤姆逊发现了电子，提出原子结构的“葡萄干布丁”模型。4.卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型根据粒子散射实验粒子散射实验原子的“核式模型核式模型”5.玻尔原子模型在卢瑟福研究的基础上建立了在卢瑟福研究的基础上建立了核外电核外电子分层排布子分层排布 的原子结构模型的原子结构模型6.原子结构的原子结构的量子力学模型量子力学模型人类探索物质结构的历史人类探索物质结构的历史德谟克利特德谟克利特的古代原子学

3、说的古代原子学说道尔顿道尔顿的近代原子学说（模型）的近代原子学说（模型）汤姆生汤姆生原子模型原子模型卢瑟福卢瑟福原子模型原子模型玻尔玻尔原原 子模型子模型量子力学量子力学模型模型原子结构的衍变过程原子结构的衍变过程联想与质疑联想与质疑 许多物质都可以发光，如阳光、火光、灯光许多物质都可以发光，如阳光、火光、灯光等，但是，你知道吗，原子也可以发光，原等，但是，你知道吗，原子也可以发光，原子发光的基本特点是什么？原子发出的光和子发光的基本特点是什么？原子发出的光和太阳发出的光是否一样？怎样用原子结构知太阳发出的光是否一样？怎样用原子结构知识来解释原子的发光现象？识来解释原子的发光现象？原子的线状光

4、谱原子的线状光谱太阳光的连续光谱太阳光的连续光谱知识支持 连续光谱：连续光谱：若由光谱仪获得的光谱是由各种波若由光谱仪获得的光谱是由各种波长的光所组成，且长的光所组成，且相近的波长差别极小而不能相近的波长差别极小而不能分辨分辨，则所得光谱为，则所得光谱为连续光谱连续光谱。如阳光等。如阳光等。线状光谱：线状光谱：若由光谱仪获得的光谱是由若由光谱仪获得的光谱是由具有特具有特定波长的、彼此分立的谱线定波长的、彼此分立的谱线所组成的，则所得所组成的，则所得光谱为光谱为线状光谱线状光谱。如。如氢原子光谱氢原子光谱等。等。图1-1-3 质疑质疑 根据根据卢瑟福的原子结构模型卢瑟福的原子结构模型和和经典的经

5、典的电磁学观点电磁学观点，围绕原子核高速运动的电，围绕原子核高速运动的电子一定会自动且连续地辐射能量，其光子一定会自动且连续地辐射能量，其光谱应是谱应是连续光谱连续光谱而不应是而不应是线状光谱线状光谱。那。那么，氢原子的光谱为什么是线性光谱而么，氢原子的光谱为什么是线性光谱而不是连续光谱呢？不是连续光谱呢？（1） 原子中的电原子中的电子在具有子在具有确定半径确定半径的圆周轨道上的圆周轨道上绕原绕原子核运动，并且不子核运动，并且不辐射能量；辐射能量；（2）不同轨道上运动的电子具有不同能）不同轨道上运动的电子具有不同能量，而且能量是量子化的，轨道能量依量，而且能量是量子化的，轨道能量依n值（值（1

6、、2、3、）的增大而升高，）的增大而升高，n称称为量子数。对氢为量子数。对氢原子原子而言，电子处在而言，电子处在n=1的轨道是能量最低，称为的轨道是能量最低，称为基态基态，能量，能量高于高于基态的状态，称为基态的状态，称为激发态激发态；（3）只有当电子从一个轨道（能量为）只有当电子从一个轨道（能量为Ei）跃迁到另一个轨道（能量为跃迁到另一个轨道（能量为Ej）时，才会）时，才会辐射或吸收能量。如果辐射或吸收的能量辐射或吸收能量。如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来，就形成了以光的形式表现并被记录下来，就形成了光谱。光谱。追根寻源 试用试用玻尔理论玻尔理论来介绍为什么氢原子来介绍为什么氢

7、原子光谱是光谱是线状光谱线状光谱？身边的化学 了解了解“霓虹灯为什么能霓虹灯为什么能够发出五颜六色的光？够发出五颜六色的光？”为什么氢光谱是线状光谱？为什么氢光谱是线状光谱？n=4n=3n=2n=1吸收能量释放能量氢原子从一个电子氢原子从一个电子层跃迁到另一个电层跃迁到另一个电子层时，吸收或释子层时，吸收或释放一定的能量，就放一定的能量，就会吸收或释放一定会吸收或释放一定波长的光，波长的光，所以得到线状光谱所以得到线状光谱 电子在发生跃迁时辐射或吸收电子在发生跃迁时辐射或吸收能量是量子化的，对霓虹灯而言，能量是量子化的，对霓虹灯而言，灯管中装载的气体不同，在高电灯管中装载的气体不同，在高电压的

8、激发下发出的光的颜色就不压的激发下发出的光的颜色就不同。同。玻尔理论的局限：玻尔理论的局限： A. 多电子原子光谱多电子原子光谱 B. 氢原子的精细光谱氢原子的精细光谱学生活动：请同学们总结玻尔理论的成功之处学生活动：请同学们总结玻尔理论的成功之处【巩固练习【巩固练习】1、道尔顿的原子学说曾经起了很大的作用。他的学说中包含有下述三个论点：原子是不能再分的粒子；同种元素的原子的各种性质和质量都相同；原子是微小的实心球体。从现代的观点来看，你认为这三个论点中不确切的是 A只有 B只有 C只有 D2.2.汤姆逊的原子学说中葡萄干指的是什么汤姆逊的原子学说中葡萄干指的是什么? ?电子电子D3 3人们对

9、原子结构的认识，同其他科学事实一样经历了一个不人们对原子结构的认识，同其他科学事实一样经历了一个不断探索，不断深化的过程，下列关于原子结构模型的演变过程中，断探索，不断深化的过程，下列关于原子结构模型的演变过程中，正确的是正确的是A A汤姆逊原子模型汤姆逊原子模型道尔顿原子模型道尔顿原子模型卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型玻尔玻尔原子模型原子模型量子力学模型量子力学模型B B汤姆逊原子模型汤姆逊原子模型卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型玻尔原子模型玻尔原子模型量子力量子力学模型学模型道尔顿原子模型道尔顿原子模型C C道尔顿原子模型道尔顿原子模型卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型汤姆逊原子模型汤姆逊原子模型玻尔

10、玻尔原子模型原子模型量子力学模型量子力学模型D D道尔顿原子模型道尔顿原子模型汤姆逊原子模型汤姆逊原子模型卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型玻尔玻尔原子模型原子模型量子力学模型量子力学模型D4.4.首先提出原子结构模型并开始涉及原子内部结构首先提出原子结构模型并开始涉及原子内部结构的科学家的科学家A.A.卢瑟福卢瑟福 B.B.玻尔玻尔 C C汤姆逊汤姆逊 D D道尔顿道尔顿C【小结】人类对原子结构的认识历史：【小结】人类对原子结构的认识历史：德谟克利特：朴素原子观德谟克利特：朴素原子观道尔顿：原子学说道尔顿：原子学说汤姆生：汤姆生：“葡萄干布丁式葡萄干布丁式” ” 模模型型卢瑟福卢瑟福：带核原子结构

11、模型：带核原子结构模型玻尔玻尔：原子轨道模型：原子轨道模型现代量子力学模型现代量子力学模型联想联想质疑质疑波尔只引波尔只引入入一个一个量子数量子数n,能比能比较好地解释了氢原子较好地解释了氢原子线状光谱产生的原因；线状光谱产生的原因；但但复杂的光谱复杂的光谱解释不解释不了。了。在钠原子中n=4n=3 电子跃迁电子跃迁在氢原子中n=2n=1 电子跃迁电子跃迁也得到两条靠得很近的谱线实验事实实验事实: 原子轨道与四个量子数原子轨道与四个量子数 原子光谱带来的疑问？原子光谱带来的疑问？钠原子光谱在钠原子光谱在n=3到到n=4之间会产生两之间会产生两(多多)条谱线条谱线氢原子光谱在氢原子光谱在n=到到

12、n=之间谱线实际上是两条靠之间谱线实际上是两条靠得非常近的谱线得非常近的谱线在磁场中所有原子光谱可能会分裂成多条谱线在磁场中所有原子光谱可能会分裂成多条谱线这些问题用玻尔的原子模型这些问题用玻尔的原子模型无法解释无法解释 v20世纪世纪20年代中期建立的年代中期建立的量子理论量子理论，引，引入了入了四个量子数四个量子数，解释了原子光谱的实，解释了原子光谱的实验现象，成为现代化学的理论基础，较验现象，成为现代化学的理论基础，较为圆满的解释了原子光谱的实验事实。为圆满的解释了原子光谱的实验事实。 取取 n = 1 2 3 4 5 6 7对应符号对应符号 K L M N O P Q电子能量电子能量

13、低低 高高离核距离离核距离 近近 远远 1、主量子数主量子数n：用来描述电子离核的远近。用来描述电子离核的远近。 三、量子力学对原子核外电子运动状态的描述三、量子力学对原子核外电子运动状态的描述n 所表示的运动状态称为所表示的运动状态称为电子层电子层（一）描述核外电子运动状态的（一）描述核外电子运动状态的四个量子数四个量子数练习练习:下列各层电子能量的从高到低的顺序下列各层电子能量的从高到低的顺序是是 A. M层层 B . K层层 C . N层层 D . L层层 思维拓展：思维拓展：处于同一电子层上的电子能量也不尽相同处于同一电子层上的电子能量也不尽相同，根据这种能量差异，一个能层分为一个，根

14、据这种能量差异，一个能层分为一个或若干个或若干个能级能级，为了表示不同的能级，引，为了表示不同的能级，引入了第二个量子数，入了第二个量子数，角量子数角量子数。2.角量子数角量子数l l :用来描述用来描述(电子云电子云)原子轨道的形状原子轨道的形状 l l 取值为取值为 0， (n-1)共共n个数值个数值 符号为符号为 s， p， d， f 等等在一个电子层中，在一个电子层中，l l 的取值有多少个，表示电子层有多少个不的取值有多少个，表示电子层有多少个不同的能级例如：若主量子数同的能级例如：若主量子数n=2，角量子数，角量子数l l有有0和和1两个取两个取值，即第二能层有两个能级值，即第二能

15、层有两个能级, 记做记做2s、2p。若电子。若电子n、 l l 的相的相同，则电子的能量相同同，则电子的能量相同练习练习1:找出下列条件下能级的数目找出下列条件下能级的数目,并写出其能级的符号并写出其能级的符号A. n=1 B. n=2C. n=3 D. n=41 1s2 2s 2p3 3s 3p 3d4 4s 4p 4d 4f规律规律: 每层的能级数值每层的能级数值=电子层数电子层数练习练习2：写出下列能级符号：写出下列能级符号（1）n=5,=0 （2）n=3,=1（3）n=4,=2 （4）n=5,=3.练习练习3：写出下列能级的：写出下列能级的n、l值值（1）3p （2）4s （3）6f

16、（4）5d练习练习4：下列能级可能存在的是（：下列能级可能存在的是（ ） (A)1p (B)2d (C)3f (D)5d练习练习5：将下列能级按能量由高到低的顺序排列出来：将下列能级按能量由高到低的顺序排列出来 (A)4s(B)4d(C)4f(D)4p _v科学实验发现，没有外磁场存在时，科学实验发现，没有外磁场存在时，量子数量子数n、l相同的状态的能量是相相同的状态的能量是相同的，但存在外磁场时，这些状态同的，但存在外磁场时，这些状态的能量就不同了，我们用的能量就不同了，我们用磁量子数磁量子数来标记这些状态。来标记这些状态。3.磁量子数磁量子数m:描述磁场中原子轨道的能量状态描述磁场中原子轨

17、道的能量状态m可以取可以取0、1、2 l l共共(2l l +1)个数值个数值. 如如l =0, m只可以取只可以取0，对应的轨道只有一个，对应的轨道只有一个. 如如l =1, m可以取可以取0，1,对应的轨道有三个对应的轨道有三个. 如如l =2, m可以取可以取0，1 , 2，对应的轨道有五个，对应的轨道有五个n、 l 、 m 共同确定的电子在核外空间运动共同确定的电子在核外空间运动的状态称为的状态称为原子轨道原子轨道(表示电子的空间运动状表示电子的空间运动状态态)。s能级有能级有1个原子轨道，个原子轨道，p能级有能级有3个能量相同个能量相同的原子轨道，的原子轨道， d能级有能级有5个能量

18、相同的原子个能量相同的原子轨道轨道练习练习:找出下列条件下原子轨道的数目找出下列条件下原子轨道的数目A.n=1 B. n=2C. n=31 1s4 2s：1 2p ： 39 3s ： 1 3p ： 3： 54.自旋量子数自旋量子数ms:描述在能量完全相同时描述在能量完全相同时电子运动的特殊状态运动的特殊状态(简称为电子自旋状态简称为电子自旋状态). 处于同轨道上的电子的处于同轨道上的电子的自旋状态自旋状态只有两种只有两种. 分别用分别用ms =+1/2(通常用符号通常用符号表示表示). ms= -1/2 (通常用符号通常用符号表示表示).注意注意:自旋并不是自旋并不是”自转自转”,实际意义更为

19、深远实际意义更为深远.练习练习:实验证明实验证明,同一原子中电子的运动状态均同一原子中电子的运动状态均不相同不相同.试推断试推断: 每个原子轨道最多有几个电子每个原子轨道最多有几个电子? 每个电子层最多有多少个电子每个电子层最多有多少个电子?v 有了这四个量，就可以描述原子中某一有了这四个量，就可以描述原子中某一电子的运动状态！电子的运动状态！知识小结知识小结:习题习题 1.下列各电子层，不包含下列各电子层，不包含d能级的是（能级的是（ ）。）。 A.N电子层电子层 B. M电子层电子层 C. L电子层电子层 D. K电子层电子层C、D2.下列能级中，轨道数为下列能级中，轨道数为5的是（的是（

20、 ）。）。A.s能级能级 B.p能级能级 C.d能级能级C3.以下各能级能否存在？如果能存在，各包含多以下各能级能否存在？如果能存在，各包含多少轨道？（少轨道？（1）2s （2）2d （3）4p（4）5d答：答：（1）2s存在，轨道数为存在，轨道数为1（2）2d不能存在不能存在（3）4p存在，轨道数为存在，轨道数为3（4）5d存在，轨道数为存在，轨道数为54.写出下列各组量子数表示的原子轨道的符号。写出下列各组量子数表示的原子轨道的符号。（1）n=2，l l = 1 （2）n=4，l l = 0 （3）n=5，l l = 2 2p4s5d5.下列几组量子数能够同时存在的下列几组量子数能够同时存在的是（是（ ）。）。 A. 3、2、 2、 -1/2 B. 3、0、-1、+1/2 C. 2、2、 2、 2 D. 1、0、 0、 0A（二）原子轨道的图形描述和电子云（二）原子轨道的图形描述和电子云联想联想质疑质疑你已经知道，原子中的电子在由量子数你已经知道，原子中的电子在由量子数n、l、m确定的原子轨道上运动，那么，你确定的原子轨道上运动，那么，你对原子轨道会产生什么联想？它是波尔对原子轨道会产生什么联想？它是波尔所说的圆形轨道么？它会是我们日常生所说的