第一节原子结构模型演示文稿

第一节原子结构模型演示文稿当前1页，总共56页。（优选）第一节原子结构模型当前2页，总共56页。

1803年，英国化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当前3页，总共56页。

1903年，英国物理学家汤姆逊在发现电子的基础上提出了原子结构的”葡萄干布丁”模型当前4页，总共56页。电子是种带负电、有一定质量的微粒，普遍存在于各种原子之中。汤姆生原子模型：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了电荷，从而形成了中性原子。原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子像面包里的葡萄干镶嵌其中。当前5页，总共56页。

1911年,英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子结构的核式模型当前6页，总共56页。卢瑟福原子模型（又称行星原子模型）：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子构成。原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。当前7页，总共56页。

1913年，丹麦科学家玻尔进一步建立起核外电子分层排布的原子结构模型当前8页，总共56页。玻尔借助诞生不久的量子理论改进了卢瑟福的模型。玻尔原子模型（又称轨道模型）：当原子只有一个电子时，电子沿特定球形轨道运转；当原子有多个电子时，它们将分布在多个球壳中绕核运动当前9页，总共56页。二十年代当前10页，总共56页。现代科学家研究发现，核外电子的运动状态与宏观物质的运动不同，它无固定的轨道，也不能描画出它的轨迹，只能指出它在原子核外空间某处出现机会的多少。电子在原子核周围有的区域出现的次数多，有的区域出现的次数少，就像“云雾”笼罩在原子核周围。因而提出了“电子云模型”。电子云密度大的地方，表明电子在核外单位体积内出现的机会多，反之，出现的机会少。当前11页，总共56页。人类认识原子的历史进程1803－1903－－1911－－－1913－－－20年代当前12页，总共56页。人类认识原子的历史进程当前13页，总共56页。光和光谱光是指人的视觉能感觉到的、在真空中波长介于４００nm－７００nm之间的电磁波。不同波长的光在人的视觉中表现出不同的颜色，按波长由长到短依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。除可见光外，还包括红外光、紫外线、Ｘ射线等１、氢原子光谱一、氢原子光谱和波尔的原子结构模型当前14页，总共56页。

光谱：许多物质都能够吸收光或发射光。为了研究物质的这种性质，人们利用仪器将物质吸收或发射的光的波长和强度分布记录下来，得到的一种光带叫光谱。当前15页，总共56页。连续光谱：若由光谱仪获得的光谱是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，则所得光谱称为连续光谱。如太阳光、白炽灯发出的白光等。连续光谱和线状光谱当前16页，总共56页。连续光谱和线状光谱线状光谱：由光谱仪获得的光谱是由具有特定波长的、彼此分立的谱线所组成，这样的光谱叫线状光谱。如NaCl在煤气灯火焰上灼烧发出的光、氢原子光谱等。氢原子光谱的测定示意图和氢原子的线状光谱图当前17页，总共56页。根据卢瑟福的原子结构模型和经典的电磁学观点，将导致两种结果：⑴电子不断发射能量，自身能量会不断减少，电子运动的轨道半径也将逐渐缩小，电子很快就会落在原子核上，即有核原子模型所表示的原子是一个不稳定的体系。⑵电子自身能量逐渐减少，电子绕核旋转的频率也要逐渐地改变，根据经典电磁理论，辐射电磁波的频率将随着旋转频率的改变而逐渐变化，因而原子发射的光谱应是连续光谱。玻尔提出电子分层排布的历史背景：当前18页，总共56页。

[质疑]

根据卢瑟福的原子结构模型和经典的电磁学观点，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，其光谱应是连续光谱而不应是线状光谱。那么，氢原子的光谱为什么是线性光谱而不是连续光谱呢？当前19页，总共56页。n=1n=2n=3n=1n=2n=3能量依次升高能量的量子化轨道能量量子化各轨道的能量不能连续变化，只能取某些不连续的值，称为能量量子化。轨道的能量依n值的增大而升高，n称为量子数。对氢原子的一个电子而言，n等于1时轨道的能量最低，称为基态，处于其它轨道时称为激发态。当前20页，总共56页。２、玻尔的原子结构模型基本观点１、电子在具有确定半径的圆周轨道上绕核运动，并且不辐射能量。２、在不同轨道上运动的电子具有不同的能量（E）且是量子化的。３、电子在不同轨道间的跃迁，会辐射或吸收能量，如果以光的形式表现并被记录下来就是光谱KLME大E小当前21页，总共56页。n=1n=2n=3n=4能量依次升高电子的跃迁会吸收或辐射能量当前22页，总共56页。n=1n=∞n=3n=4n=5n=2氢原子光谱是线状光谱紫外光谱可见光谱红外光谱基态激发态当前23页，总共56页。氢原子光谱与玻尔轨道当前24页，总共56页。交流与讨论对于氢原子来说，电子从能量

的轨道跃迁到n=

的轨道所形成的谱线在紫外光区；电子从能量

的轨道跃迁到n=

的轨道所形成的谱线在可见光区，电子从能量

的轨道跃迁到n=

的轨道所形成的谱线在红外光区。反过来，人们通过光谱实验获得的谱线的频率或波长的数值，就能知道电子是在哪些轨道间跃迁了。123高高高当前25页，总共56页。玻尔原子结构模型的成功与不足玻尔的核外电子分层排布的原子结构模型成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实；其重大贡献在于指出了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁，而电子所处轨道的能量是量子化的。不能解释氢原子的精细光谱；不能解释多电子原子、分子或固体的光谱。成功：不足：当前26页，总共56页。实验事实在通常条件下，钠原子中处于n=4的状态的电子跃迁到n=3的状态时，会产生多条谱线；在外磁场存在时，无论是氢原子还是多电子原子的光谱原来的一条谱线都可能分裂为多条；用高分辨光谱仪在无外磁场的情况下观察时发现，氢原子的电子由n=2的状态跃迁到n=1的状态时，得到的是两条靠得很近的谱线，与此类似，钠原子的黄色光的谱线也表现为靠得很近的两条线。当前27页，总共56页。①为什么在通常条件下，钠原子中的处于n=4能层的电子跃迁到n=3能层的状态时，在高分辨光谱仪上看到的不是一条谱线，而是多条谱线？②在高分辨光谱仪中，氢原子的电子从n=2跃迁到n=1层时，得到两条靠得很近的谱线？n=4n=3n=2n=1联想与质疑当前28页，总共56页。玻尔只引入一个量子数n,能比较好地解释氢原子线状光谱产生的原因；但复杂的光谱解释不了。由于原子中电子的运动状态的复杂性，必须用多个量子数来描述．量子力学中单个电子的空间运动状态称为原子轨道.每个原子轨道可由三个只能取整数的量子数n、l、m共同描述.二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述当前29页，总共56页。n的取值为正整数１，２，３，４，５，６…对应的符号为Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ…n越大，电子离核的平均距离越远，能量越高。人们将n所表示的运动状态称为电子层。1、主量子数n:练习:下列各层电子能量的从高到低的顺序是

A.M层B.K层C.N层D.L层当前30页，总共56页。l取值为0，１，２，３…(n－1)，共n个数值符号为s，p，d，f等

n、l

值均相同的电子具有相同的能量，因此我们用能级来标记具有相同n、l

值的电子运动状态。在一个电子层中，l有多少个取值，就表示该电子层有多少个不同的能级。能级能量：ns<np<nd<nf2、角量子数l：当前31页，总共56页。练习:找出下列条件下能级的数目，并写出其能级的符号n=1l=能级符号B.n=2l=能级符号C.n=3l=能级符号D.n=4l=能级符号1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f规律:每层的能级数值=电子层数0010120123当前32页，总共56页。m可以取0、±1、±2…±l共(2l+1)个数值通常用原子轨道表示n、l、m确定的核外电子的空间运动状态。l=0，m=0，l=1，m=0、±1，l=2，m=0、±1、±2

l=3，m=0、±1、±2、

±3

3、磁量子数m:

S能级有1个轨道P能级有3个轨道d能级有5个轨道f能级有7个轨道当前33页，总共56页。练习：找出下列条件下原子轨道的数目n=1B.n=2C.n=3规律：每层的原子轨道数为层数的平方(n2)l=0m=01s1l=0，m=0；l=1，m=0、±12s2px2py2pz4l=0、m=0；l=1，m=0、±13s3px3py3pzl=2，m=0、±1

±23dxy、3dyz、3dxz、3dx2-y2

、3dz29

当前34页，总共56页。处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态只能有两种，ms=±1/2，分别用符号“↑”和“↓”表示。注意：自旋并不是”自转”，实际意义更为深远。4、自旋磁量子数ms：当前35页，总共56页。小结：量子数和原子轨道的关系±1/20,±1±2d2±1/20,±1p1±1/20s0M3±1/20,±1p1±1/20s0L2±1/20s0K1取值符号取值符号取值符号取值ms原子轨道mln1s2s2px、2py、2pz3s3px3py3pz3dxy、3dyz、3dxz

3dx2-y2、3dz2当前36页，总共56页。各能层存在的能级及其数目n=1n=2n=3n=41s2s2p3s3p3d4s4p4d4f能级0010120123角量子数（l）能层n能层数等于其所含能级数目当前37页，总共56页。不同类型的能级的轨道数目不同

——同一类型的能级可能存在不同的伸展方向n=1n=2n=3n=4（角量子数）（l）00101201231s2s2p3s3p3d4s4p4d4f能级磁量子数m000±100±10±

1±20±

1±2±30±

1±20±10能层11315713531轨道数确定电子的核外运动空间即原子轨道需要三个量子数：n、l、m原子轨道当前38页，总共56页。确定一个电子的运动状态需要四个量子数：n、l、m、ms（角量子数）（l）00101201231s2s2p3s3p3d4s4p4d4f能级磁量子数m000±100±10±

1±20±

1±2±30±

1±20±10能层n=1n=2n=3n=4电子自旋ms±1/2±1/2±1/2±1/2±1/2±1/2±1/2±1/2±1/2±1/2当前39页，总共56页。通过以上讨论可以得知：主量子数n对应着电子层；主量子数n和角量子数l对应着n电子层中的能级；主量子数n、角量子数l和磁量子数m对应着n电子层中l能级中的原子轨道；自旋磁量子数ms描述的是电子的自旋性质。描述空间运动状态即原子轨道的量子数是:n、l、m.描述电子运动的量子数是:n、l、m、ms.

当前40页，总共56页。[思考]实验证明，同一原子中不可能有四个量子数完全相同的电子存在。试推断：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?每层的能级数=电子层数(n)每层原子轨道数＝n2每层最多容纳电子数＝2n2当前41页，总共56页。回顾与复习

描述能层需要什么量子数？描述能级需要什么量子数？描述轨道需要什么量子数？描述一个电子的运动状态通常需要哪几个量子数？

当前42页，总共56页。练习1、指出下列符号的含义：

1s3p2s3d2、将下列各能级按照能量由低到高的顺序排列起来：①3p、2s、3d、1s、2p、3s②4p、4s、3d、2s、1s③2s、2p、1s、3p当前43页，总共56页。2.下列各电子层，不包含d能级的是（）。

A.N电子层B.M电子层C.L电子层D.K电子层C、D3.下列能级中，轨道数为5的是（）。

A.s能级B.p能级C.d能级C4.以下各能级能否存在？如果能存在，各包含多少轨道？（1）2s（2）2d（3）4p（4）5d答：（1）2s存在，轨道数为1（2）2d不能存在（3）4p存在，轨道数为3（4）5d存在，轨道数为55.写出下列各组量子数表示的原子轨道的符号。（1）n=1，l

=1（2）n=4，l=0（3）n=5，l=2

2p4s5d当前44页，总共56页。三、原子轨道的图像和电子云1、原子轨道的图形描述根据量子力学理论，将原子轨道在空间的分布以图象方式在直角坐标系中表示出来。当前45页，总共56页。x+yz1s1s原子轨道示意图当前46页，总共56页。p轨道的空间分布和伸长方向p能级有三个能量相同的轨道Ｐ电子云图Ｐ轨道图象＋－＋－＋－当前47页，总共56页。3个p轨道合在一起的情形当前48页，总共56页。d轨道的空间分布和伸长方向d能级有5个能量相同的轨道当前49页，总共56页。能层n12345能级0,1,…,(n-1)l(L)00，10，1，20,1,2,30,1,2,3,4符号ss，ps，p，dS,p,d,fS,p,d,f,…形状球形球形，亚铃形球形，亚铃形…………轨道数目11，3１,３,５1,3,5,71,3,5,7,9能层轨道数1４91625最多容纳电子数2８18325