原子结构模型

1、 绚丽壮观的焰火增加了节日欢乐的气氛，绚丽壮观的焰火增加了节日欢乐的气氛，都市夜空色彩夺目的美景会给你留下不可磨都市夜空色彩夺目的美景会给你留下不可磨灭的记忆。你是否想过，这给你带来惊异和灭的记忆。你是否想过，这给你带来惊异和欢乐的美景是如何产生的？是什么产生了这欢乐的美景是如何产生的？是什么产生了这不同颜色的光？不同颜色的光？这一节内容的学习，将会帮助我们揭这一节内容的学习，将会帮助我们揭开其中的秘密。开其中的秘密。一、原子结构理论发展史：一、原子结构理论发展史：道道尔尔顿顿原原子子模模型型1919世纪初，英国科学家世纪初，英国科学家道尔顿道尔顿提提出近代出近代原子学说原子学说，他认为原子是

2、，他认为原子是微小的不可分割的实心球体微小的不可分割的实心球体。一、一、人类认识原子的历史人类认识原子的历史1903年，汤姆逊年，汤姆逊发现电子发现电子，并提出，并提出原子结构的原子结构的“葡萄干布丁葡萄干布丁”模型，开模型，开始涉及原子内部的结构始涉及原子内部的结构卢卢瑟瑟福福原原子子模模型型人类认识原子的历史19111911年，卢瑟福根据年，卢瑟福根据粒子散射实验粒子散射实验，提，提出出“核式核式”原子结构原子结构模型模型 根据已经知道的电磁运动的规律，电子在运动的时候会放出电磁波（能量）。因此，绕着原子核旋转的电子，因为能量逐渐减小，应当沿着一条螺旋形的轨道转动，离中心的原子核越来越近，

3、最后碰在原子核上。这样一来，原子就被破坏了。 实际上，原子很稳定，有一定大小，并没有发生这种电子同原子核碰撞的情况。这又怎样解释呢？ 波波尔尔原原子子模模型型人类认识原子的历史19131913年，玻尔建立了年，玻尔建立了核外电子分层排布核外电子分层排布的原子结构模型的原子结构模型德谟克利特：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：“葡萄干布丁葡萄干布丁” ” 模型模型卢瑟福：卢瑟福： 原子结构的核式模型原子结构的核式模型玻尔：核外电子分层排布的原玻尔：核外电子分层排布的原 子结构模型子结构模型 现代量子力学模型现代量子力学模型18031903191119

4、131926核外电子的运动状态是怎样的？核外电子的运动状态是怎样的？科学家通过研究光谱现象，进一步研究核科学家通过研究光谱现象，进一步研究核外电子的运动状态。外电子的运动状态。通过实验表明氢原子光谱是线状光谱通过实验表明氢原子光谱是线状光谱玻尔利用核外电子分层排布的原子结构模玻尔利用核外电子分层排布的原子结构模型成功的解释了这一实验事实。型成功的解释了这一实验事实。1 1）运动轨迹）运动轨迹 原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道（orbit）上绕核运动时，并不吸收能量，也不辐射能量，电子处于定态。 不同轨道上运动的电子具有不同的能量，而且能量是量子化的，即“一份一份”的，不能任意连续变 化而只

5、能取某些不连续的值2 2）能量分布）能量分布了解几个概念了解几个概念3）电子跃迁）电子跃迁 电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，就要吸收或放出能量，两个定态的能量差为 E。如能量以光辐射的形式表现出来，就形成了光谱。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回过头来看玻尔的理论玻尔原子结构模型玻尔原子结构模型（1 1）行星模型）行星模型点拨：这

6、里的点拨：这里的“轨道轨道”实际上就是我们现在所说的电子层。实际上就是我们现在所说的电子层。（2 2）定态假设）定态假设点拨：玻尔原子结构理论认为：点拨：玻尔原子结构理论认为：同一电子层上的电子能量完全相同同一电子层上的电子能量完全相同。（3 3）量子化条件）量子化条件点拨：量子化条件的内涵是点拨：量子化条件的内涵是 各电子层能量差的各电子层能量差的不连续性不连续性。（4 4）跃迁规则）跃迁规则原子光谱产生的原因：原子光谱产生的原因：电子由激发态跃迁到基态会释放出能量，电子由激发态跃迁到基态会释放出能量，这种能量以光的形式释放出来，所以就产生光谱这种能量以光的形式释放出来，所以就产生光谱。氢原

7、子光谱是线状光谱的原因：氢原子上的电子由氢原子光谱是线状光谱的原因：氢原子上的电子由n=2n=2的激发态的激发态跃迁到跃迁到n=1n=1的基态，与从的基态，与从n=3n=3的激发态跃迁到的激发态跃迁到n=2n=2的激发态，释放的激发态，释放出的能量不同，因此产生光的波长不同。出的能量不同，因此产生光的波长不同。 1、玻尔原子结构模型要点：、玻尔原子结构模型要点：（1）电子在具有确定半径圆周轨道上绕）电子在具有确定半径圆周轨道上绕原原子核子核运动，并且运动，并且不辐射能量不辐射能量；（2）在）在不同轨道上不同轨道上运动的运动的电子电子具具有不同有不同的的能量能量，能量是，能量是量子化量子化的。的

8、。（3）电子发生跃迁电子发生跃迁时，才会时，才会不连续不连续的辐射的辐射或吸收能量或吸收能量一、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型一、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型贡献？贡献？运动物体运动物体汽车汽车炮弹炮弹人造卫星人造卫星宇宙飞船宇宙飞船电子电子速率（速率（Km/S)0.0327.8112200核外电子的核外电子的运动特征：运动特征：乒乓球直径乒乓球直径核外电子运动空间范围核外电子运动空间范围4 10-2 mn 10-10 m质量小，运动空间极小质量小，运动空间极小无固定运动轨迹无固定运动轨迹速度极快、永不停止速度极快、永不停止这说明核外电子的运动不能用经典的运动学和力学这说明核外电子的运动不能

9、用经典的运动学和力学来描述（不能同时准确地测定它的位置和速度），来描述（不能同时准确地测定它的位置和速度），科学家采用统计的方法来描述电子在原子核外某一科学家采用统计的方法来描述电子在原子核外某一区域出现机会的多少。区域出现机会的多少。二、原子核外电子的运动特征二、原子核外电子的运动特征小黑点的小黑点的疏密疏密表示电子在表示电子在核外空间单核外空间单位体积内位体积内出现的出现的概率概率的大小。的大小。氢原子的电子云氢原子的电子云 电子云中的小黑点意义：电子云中的小黑点意义： 每个小黑点每个小黑点并不表示原子核外的一个并不表示原子核外的一个电子电子, ,而是表示电子而是表示电子在此空间出现的机会

10、在此空间出现的机会（或概率）（或概率）。 电子云密度大电子云密度大的区域说明的区域说明电子出现的电子出现的机会多机会多，而电子云而电子云密度小密度小的区域说明的区域说明电子出电子出现的机会少。现的机会少。电子云：电子云： 用单位体积内小点的疏密程度来描述核外电用单位体积内小点的疏密程度来描述核外电子在原子核外单位体积空间出现的概率的大小所子在原子核外单位体积空间出现的概率的大小所得的图形叫做电子云。（一般用小黑点表示）得的图形叫做电子云。（一般用小黑点表示）问题：问题： 不同元素的原子所含有的电子数是不同的，不同元素的原子所含有的电子数是不同的，在多电子的原子中，各个电子在原子核外在多电子的原

11、子中，各个电子在原子核外的运动状态是否相同呢？各个电子具有的的运动状态是否相同呢？各个电子具有的能量是否一样呢？能量是否一样呢？ 电子层：电子层： K L M N O P Q离核远近：离核远近：近近 远远 能量高低：能量高低：低低 高高1234567KLMNOPQ1.电子层：电子层：按电子能量的高低及离核远近划分按电子能量的高低及离核远近划分2. 2. 能级能级 量子力学研究表明，处于同一电子层的原量子力学研究表明，处于同一电子层的原子核外电子，所具有的能量也可能不相同，电子核外电子，所具有的能量也可能不相同，电子云的形状可能不完全相同，因此，对同一个子云的形状可能不完全相同，因此，对同一个电

12、子层，还可分为若干个能级。电子层，还可分为若干个能级。 n=1时，有时，有1个个s能级能级n=2时，有时，有1个个s能级和能级和1个个p能级能级n=3时，有时，有1个个s能级、能级、1个个p能级和能级和1个个d能级能级n=4时，有时，有1个个s能级、能级、1个个p能级、能级、1个个d能级和能级和1个个f能级能级3. 3. 原子轨道原子轨道 原子中的单个电子的空间运动状态用原子原子中的单个电子的空间运动状态用原子轨道表示。轨道表示。轨道的轨道的类型不同类型不同，轨道的，轨道的形状也不同形状也不同用用s s、p p、d d、f f分别表示不同形状的轨道分别表示不同形状的轨道形状相同形状相同的原子轨

13、道在原子核外空间还有的原子轨道在原子核外空间还有不不同的伸展方向同的伸展方向 电子层序数越大原子轨道的半径越大电子层序数越大原子轨道的半径越大所有的所有的S能级原子轨道都是能级原子轨道都是 形的，形的，球球1S能级只有能级只有 个轨道个轨道S S能级的原子轨道图能级的原子轨道图 P的原子轨道是的原子轨道是 形形每个每个P能级有能级有_个轨道，它们互相垂直，个轨道，它们互相垂直，分别以分别以_、_、_为符号为符号这三个轨道的能量相等这三个轨道的能量相等。哑铃（或纺锤）哑铃（或纺锤）P原子轨道的平均半径也随能层序数增大而原子轨道的平均半径也随能层序数增大而_3 3 PzPyPx增大增大xyzxyz

14、xyzP P能级的原子轨道能级的原子轨道 d d能级的原子轨道有能级的原子轨道有5 5个个. .d d能能级级的的原原子子轨轨道道f f能级的原子轨道有能级的原子轨道有7 7个个. .（1）原子轨道的类型）原子轨道的类型s原子轨道是原子轨道是球球形的，形的，p原子轨道是原子轨道是纺锤纺锤形的；形的；s轨道是球形对称的，所以只有轨道是球形对称的，所以只有1个轨道；个轨道；p轨道在空间上有轨道在空间上有x、y、z三个伸展方向，所三个伸展方向，所以以p轨道包括轨道包括px、py、pz 3个轨道；个轨道；d轨道有轨道有5个伸展方向（个伸展方向（5个轨道）个轨道） f轨道有轨道有7个伸展方向（个伸展方向

15、（7个轨道）个轨道） ；为了表明原子核外电子所在的轨道，人为了表明原子核外电子所在的轨道，人们将表示电子层的们将表示电子层的n n和表示原子轨道形和表示原子轨道形状的状的s s、p p、d d、f f结合起来表示轨道。结合起来表示轨道。例如：当例如：当n=1时，有时，有1个原子轨道，记作个原子轨道，记作1s当当n=2时，有时，有4个原子轨道，记作个原子轨道，记作2s、2px、2py、2pz当当n=3时，有时，有9个原子轨道，记作个原子轨道，记作3s、3px、3py、3pz和和5个个d轨道。轨道。电子层电子层原子轨原子轨道类型道类型原子轨道原子轨道类型数目类型数目可容纳的可容纳的电子数目电子数目

16、1 11s1s2 22s2s，2p2p3 33s3s，3p3p，3d3d4 44s4s，4p4p，4d4d，4f4fn n12489181632n22n2（2）各电子层包含的原子轨道数及所各电子层包含的原子轨道数及所最多容纳的电子数最多容纳的电子数（3 3）各种原子轨道的能量高低：）各种原子轨道的能量高低：电子层和形状相同的原子轨道的能量相等，电子层和形状相同的原子轨道的能量相等， 如如2px、2py、2pz轨道的能量相等。轨道的能量相等。相同电子层上原子轨道能量的高低：相同电子层上原子轨道能量的高低：ns np nd nf形状相同的原子轨道能量的高低：形状相同的原子轨道能量的高低：1s 2s

17、 3s 4s 在多电子原子中，电子填充原子轨道时，在多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道能量的高低存在如下规律：原子轨道能量的高低存在如下规律：4. 4.电子的自旋电子的自旋原子核外电子还有一种称为原子核外电子还有一种称为“自旋自旋”的的运动。在同一原子轨道里，原子核外电运动。在同一原子轨道里，原子核外电子的自旋子的自旋有两种不同的状态有两种不同的状态，通常用向，通常用向上箭头上箭头“”和向下的箭头和向下的箭头“”来表示来表示这两种不同的自旋状态。这两种不同的自旋状态。总总 结：结：对多电子原子而言，核外电子的运动特征是：对多电子原子而言，核外电子的运动特征是：人们根据电子的能量差异和主

18、要运动区域的不人们根据电子的能量差异和主要运动区域的不同，认为核外电子分别处于不同的电子层上。同，认为核外电子分别处于不同的电子层上。这些电子层分别是：这些电子层分别是：K、L、M、N等等.处于同一电子层的核外电子，可以在不同类型处于同一电子层的核外电子，可以在不同类型的原子轨道上运动。有四种不同的原子轨道分的原子轨道上运动。有四种不同的原子轨道分别用别用s、p、d、f表示不同形状的轨道。表示不同形状的轨道。形状相同的原子轨道在原子核外空间还有不同形状相同的原子轨道在原子核外空间还有不同的伸展方向。的伸展方向。S轨道有一种伸展方向，轨道有一种伸展方向，p轨道有轨道有3种、种、d轨道轨道5种、种、f轨道轨道7种。种。核外电子的自旋有两种不同的自旋状态，通常核外电子的自旋有两种不同的自旋状态，通常用向上箭头用向上箭头“”和向下的箭头和向下的箭头“”来表示这来表示这两种不同的自旋状态。两种不同的自旋状态。 处于同一电子层的原子核外电子，也可以处于同一电子层的原子核外电子，也可以在不同类型的在不同类型的 上运动。上运动。 这这些些 不同，不同， 也不同。也不同。 s轨道是轨道是 对称的对称的,所以所以s轨道有轨道有 个原个原子轨道；子轨道；p轨道在空