第1章第1节原子结构的模型

1、1、 氢元素是宇宙中最丰富的元素。氢元素是宇宙中最丰富的元素。 2、宇宙年龄距今约、宇宙年龄距今约140亿年，地球亿年，地球年龄已有年龄已有46亿年。亿年。3、地球上的元素绝大多数是金属，、地球上的元素绝大多数是金属，非金属仅有非金属仅有22种。种。原子的结构原子的结构原子原子原子核原子核核外电子核外电子 质子质子 中子中子核电荷数核电荷数=核内质子数核内质子数=核外电子数核外电子数质量数质量数=质子数质子数+中子数中子数第三节第三节 原子结构的模型原子结构的模型一、原子结构模型的发展史一、原子结构模型的发展史1.1.道尔顿原子模型道尔顿原子模型（18031803年）年） 3.3.卢瑟福原子模

2、型卢瑟福原子模型（19111911年）年） 2.2.汤姆生原子模型汤姆生原子模型（18971897年）年） 4.4.玻尔原子模型玻尔原子模型（19131913年）年） 5.5.量子力学模型量子力学模型（19271927年年19351935年）年） 实心球模型实心球模型西瓜模型西瓜模型行星绕太阳模型行星绕太阳模型分层模型分层模型电子云模型电子云模型电子发现粒子散射实验粒子散射实验氢原子线状光谱氢原子线状光谱多电子原子光谱多电子原子光谱从原子结构模型建立的过程，我们从原子结构模型建立的过程，我们可以获得什么启发？可以获得什么启发？ 一切物质都是由最小的不能一切物质都是由最小的不能再分的粒子再分的粒

3、子原子构成。原子构成。 原子模型：原子是坚实的、原子模型：原子是坚实的、不可再分的实心球。不可再分的实心球。近代科学原子论近代科学原子论英国化学家道尔顿英国化学家道尔顿（J.Dalton , 17661844)原子并不是构成物质的最小微粒原子并不是构成物质的最小微粒 汤姆生发现了电子汤姆生发现了电子(1897年年) 电子是种带负电、有一定电子是种带负电、有一定质量的微粒，普遍存在于质量的微粒，普遍存在于各种原子之中。各种原子之中。 汤姆生原子模型：原子是汤姆生原子模型：原子是一个平均分布着正电荷的一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了电荷，从而形子，中和了

4、电荷，从而形成了中性原子。成了中性原子。英国物理学家汤姆生英国物理学家汤姆生（J.J.Thomson ,18561940）卢瑟福和他的助手做了著名卢瑟福和他的助手做了著名粒子散射实验粒子散射实验英国科学家卢瑟福英国科学家卢瑟福（E.Rutherford,18711937)19091909年卢瑟福指导他的两个年卢瑟福指导他的两个学生学生( (盖革与马斯登盖革与马斯登) )在曼彻斯特在曼彻斯特大学做了著名实验大学做了著名实验: :用用粒子去轰粒子去轰击金箔击金箔, ,大多数粒子都直接穿过金大多数粒子都直接穿过金箔箔, ,少数只产生很小的偏转少数只产生很小的偏转, ,然而然而的极少数的粒子会反弹回去

5、的极少数的粒子会反弹回去. .卢瑟福说卢瑟福说:“:“好象你用一炮弹去轰好象你用一炮弹去轰击一张薄纸击一张薄纸, ,而炮弹返回把你打而炮弹返回把你打中中.”.”他对这一实验结果的解释是他对这一实验结果的解释是: : 粒子可能被质量很大但体积很粒子可能被质量很大但体积很小的核碰撞回来小的核碰撞回来, ,原子核带正电荷原子核带正电荷, ,位于原子的中心位于原子的中心. .卢瑟福原子模型（又称行星原子模型）卢瑟福原子模型（又称行星原子模型）：原子是由：原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成。原子核的质量几乎等于原子的全部质量，子构成。原

6、子核的质量几乎等于原子的全部质量，电子在原子核外空间绕核做高速运动。就像行星环电子在原子核外空间绕核做高速运动。就像行星环绕太阳运转一样。绕太阳运转一样。根据实验，卢瑟福在根据实验，卢瑟福在19111911年提出年提出原子有核模型。原子有核模型。“光”背景知识 光是一种电磁波，根据波长的长短分为 射线 X射线 紫外光 可见光 红外光 微波 光学光谱 不同波长的光具有不同能量Eh，c/ 大多数物质能吸收或释放出光；其光的波长可以用光谱仪记录，形成光谱。 连续光谱由各种波长的光所组成，且相近的波长差别极小而不能分辨所得的光谱 线状光谱具有特定波长、彼此分离的谱线所组成的光谱1.1. 连续光谱连续光

7、谱(continuous spectrum)(continuous spectrum) 无数波长连续的光形成无数波长连续的光形成2.2. 线状光谱线状光谱( (原子光谱原子光谱)(line spectrum)(line spectrum) 一些具有特定波长的光形成一些具有特定波长的光形成3.3. 氢原子光谱氢原子光谱连续？线状连续？线状围绕原子核高速运动的电子会自动释放出连续的能量实验结果理论和实验事实产生矛盾完善理论 氢光谱实验表明：氢原子在一般情况下并不辐射电磁波；氢原子光谱不是连续光谱，而是线状光谱。 电子在原子电子在原子核外空间的一定核外空间的一定轨道上分层绕核轨道上分层绕核做高速的圆

8、周运做高速的圆周运动。动。玻尔的原子结构模型（2）不同轨道上运动的电子具有不同能量，而且能量是）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，不能连续变化只能取某些不连续的数值，轨量子化的，不能连续变化只能取某些不连续的数值，轨道能量依道能量依n值（值（1、2、3、）的增大而升高，）的增大而升高，n称为量称为量子数。对氢子数。对氢原子而言，电子处在原子而言，电子处在n=1的轨道是能量最低，的轨道是能量最低，称为称为基态基态，能量高于基态的状态，称为，能量高于基态的状态，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）跃迁到另一个轨道（

9、能量为个轨道（能量为Ej）时，才会辐射或吸收能量。如果辐）时，才会辐射或吸收能量。如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来，就形成射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来，就形成了光谱。了光谱。（1） 原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，并且原子核运动，并且不不辐射能量；辐射能量； 电子在原子核外空间的一定轨道上分层绕电子在原子核外空间的一定轨道上分层绕核做高速的圆周运动。核做高速的圆周运动。丹麦物理学家玻尔丹麦物理学家玻尔（N.Bohr,18851962) 1. 1. 主量子数主量子数n n 取值取值：n = 1 2 3 4 5

10、6 7 .n = 1 2 3 4 5 6 7 .符号符号： L M N O P QL M N O P Q 意义意义: : （1 1）决定电子能量大小的主要因素）决定电子能量大小的主要因素 （2 2）表示核外电子离核的远近）表示核外电子离核的远近, , 一般而言，一般而言，n n越大，电子离核越远，能量越越大，电子离核越远，能量越高高。二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述2. 角量子数l 取值取值: : 取决于对应取决于对应n n l= 0 l= 0，1 1，2 2，3 3，. (n-1), . (n-1), 共共n n个值个值 符号符号： s s，p

11、 p，d d，f f 意义意义：（1 1）和主量子数和主量子数n n共同决定多电子原子共同决定多电子原子 中电子的能量大小（中电子的能量大小（确定能级确定能级） （2 2）确定原子轨道形状）确定原子轨道形状注注（1 1）当）当n n相同相同 l l不同时，能级能量高低：不同时，能级能量高低： nsnpndnfnsnpndnf (2) (2)当当n n不同，不同，l l相同时，能级能量高低：相同时，能级能量高低： 1s2s3s4s1s2s3s4s x+yz1s1s1s原子轨道示意图原子轨道示意图p p轨道的空间分布和伸长方向轨道的空间分布和伸长方向电子云图电子云图轨道图象轨道图象3. 3. 磁量

12、子数磁量子数m m 取值取值： 取决于对应的取决于对应的l l m=0, m=0,1,1,2 ,2 ,3, 3, l,l,共有（共有（2l+1)2l+1)个值个值. . 意义意义: : (1)(1)决定原子轨道在空间的取向决定原子轨道在空间的取向 一个取值表示一个空间伸展方向。一个取值表示一个空间伸展方向。 如：如：l=1, m=0,l=1, m=0,1;1;则则p p轨道有轨道有3 3个伸展方向，个伸展方向， 即即Px,Py,PzPx,Py,Pz轨道轨道 （2 2）和）和n,ln,l一起共同决定了核外电子的一起共同决定了核外电子的空间运动状态空间运动状态，即表达了一个具体的即表达了一个具体的

13、原子轨道原子轨道主量子数主量子数n角量子数角量子数l磁量子数磁量子数m能级数能级数轨道数轨道数取值取值符号符号取值取值符号符号取值规律取值规律实际取值实际取值1K0s(2l+1）个）个01112L0s(2l+1）个）个02141p(2l+1）个）个0,0,1, 1, 33M0s(2l+1）个）个03191p(2l+1）个）个0,0,1 132d(2l+1）个）个0,0,1,1,2 254. 自旋量子数ms 取值： ms = +1/2 或 -1/2 用“”和“”表示 意义 （1）表示电子自旋方向 （2）n, l, m n, l, m 和和 msms共同描述一个电子共同描述一个电子的运动状态的运动

14、状态主量子数主量子数n角量子数角量子数l磁量子数磁量子数m能能级级数数轨道数轨道数最多能容纳最多能容纳的电子数的电子数取值取值符号符号取值取值符号符号取值规律取值规律实际取值实际取值1K0s(2l+1）个）个0111222L0s(2l+1）个）个0214281p(2l+1）个）个0,0,1, 1, 363M0s(2l+1）个）个03192181p(2l+1）个）个0,0,1 1362d(2l+1）个）个0,0,1,1,2 2510卢瑟福行星绕太阳模型卢瑟福行星绕太阳模型玻尔分层模型玻尔分层模型量子力学模型量子力学模型道尔顿的实心球模型道尔顿的实心球模型有待同学们将有待同学们将来去发展充实来去发

15、展充实汤姆生的西瓜模型汤姆生的西瓜模型 中学阶段用这二种模型的中学阶段用这二种模型的结合体更便于学习。中学阶段结合体更便于学习。中学阶段原子模型用图可表示为，例：原子模型用图可表示为，例：原子核原子核分层绕核运分层绕核运动的电子及轨道动的电子及轨道电子发现粒子散射实验粒子散射实验氢原子线状光谱氢原子线状光谱多电子原子光谱多电子原子光谱三、电子云与原子轨道三、电子云与原子轨道思考思考: : 宏观物体与微观物体（电子）的运动有什么区宏观物体与微观物体（电子）的运动有什么区别别? ?？宏观物体的运动特征宏观物体的运动特征： 可以准确地测出它们在某一时刻所处的位可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及

16、运行的速度；置及运行的速度； 可以描画它们的运动轨迹。可以描画它们的运动轨迹。微观物体的运动特征：微观物体的运动特征：电子的质量很小，只有电子的质量很小，只有9.1110-31千克；千克；核外电子的运动范围很小（相对于宏观物核外电子的运动范围很小（相对于宏观物体而言）；体而言）；电子的运动速度很大；电子的运动速度很大；测不准测不准图中图中 表示原子核，一个小黑点代表表示原子核，一个小黑点代表电子在这里出现过一次电子在这里出现过一次电子云电子云小黑点的疏密表示电子在小黑点的疏密表示电子在核外空间核外空间单位体积内单位体积内出现的概率的大小。出现的概率的大小。电子云电子云1s1s电子在原子核外电子在原子核外出现的概率分布图出现的概率分布图量子力学中将量子力学中将这种电子云轮廓这种电