第一节原子结构模型

第一节原子结构模型第一页，共十七页，编辑于2023年，星期四一：原子结构模型发展1.道尔顿实心硬球模型

英国自然科学家约翰·道尔顿提出了世界上第一个原子的理论模型。他的理论主要有以下三点：①原子都是不能再分的粒子；②同种元素的原子的各种性质和质量都相同；③原子是微小的实心球体。虽然，经过后人证实，这是一个失败的理论模型，但道尔顿第一次将原子从哲学带入化学研究中，明确了今后化学家们努力的方向，化学真正从古老的炼金术中摆脱出来，道尔顿也因此被后人誉为“近代化学之父”第二页，共十七页，编辑于2023年，星期四

2.汤姆逊模型汤姆逊在发现电子的基础上提出了原子的葡萄干布丁模型，汤姆逊认为：①电子是平均的分布在整个原子上的，就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。

②在受到激发时，电子会离开原子，产生阴极射线。第三页，共十七页，编辑于2023年，星期四3.卢瑟福核式模型

汤姆逊的学生卢瑟福完成的α粒子轰击金箔实验（散射实验），否认了葡萄干布丁模型的正确性。卢瑟福以经典电磁学为理论基础，主要内容有：①原子的大部分体积是空的②在原子的中心有一个很小的原子核③原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。带负电的电子在核空间进行绕核运动。第四页，共十七页，编辑于2023年，星期四光谱：用仪器记录物质吸收或发射光的波长和强度时，能得到有若干条线组成的图像，这种图像叫做光谱。光谱是微观粒子在运动过程中能量变化的反映。将光谱按谱线之间的距离的不同进行分类，分为连续光谱和线状光谱。连续光谱：是由各种波长差别极小彼此不能分辨的谱线组成的光谱。反映了微观粒子在运动过程中能量变化的连续性线状光谱：由具有特定波长，彼此分离的谱线组成。反映了微粒在运动过程中能量变化的不连续性。第五页，共十七页，编辑于2023年，星期四原子光谱：任何单原子气体在激发下都会产生光谱。原子光谱是线状光谱，不同元素的光谱线不同。氢原子光谱：氢原子光谱实验证实了电子运动的量子化特征,得到是一系列不连续的线状光谱.

量子化：以一个单位的整数倍进行不连续的吸收或发射能量的过程叫能量的量子化

第六页，共十七页，编辑于2023年，星期四卢瑟福核式结构的问题按经典电磁学理论，电子绕核旋转，做加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是连续的，原子光谱应是连续的光谱。而实验表明原子相当稳定，原子光谱也是线状光谱。这一结论与实验不符。第七页，共十七页，编辑于2023年，星期四4.玻尔电子分层排布模型为了解释氢原子线状光谱这一事实，玻尔提出了核外电子分层排布的原子结构模型。他的基本观点是：①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，不辐射能量②在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，且能量是量子化的，轨道能量值依n（1，2，3，...）的增大而升高③当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，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，就形成了光谱。第八页，共十七页，编辑于2023年，星期四波尔理论的不足之处：1.不能解释氢原子光谱的精细结构2.不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂3.不能解释多电子原子的光谱第九页，共十七页，编辑于2023年，星期四二.量子力学对原子核外电子运动状态的描述

核外电子的运动状态可以用n、l、m、ms四个量子数来描述1.主量子数(n)又叫电子层数主量子数n是用来描述原子中电子出项几率最大区域离核的距离。是决定轨道能量高低的主要因素。

取值范围:除0以外的正整数.

n=1、2、3、4、5、6、7……

符号：K、L、M、N、O、P、Q……

第十页，共十七页，编辑于2023年，星期四2.角量子数(L)又叫电子亚层取值范围:0到n-1的所有正整数,共有n个值。L的取值决定于n.符号:对应于L＝0、１、２、３、……(n-1)的每个数值,可用相应的s、p、d、f……等字母表示各值意义：角量子数确定原子轨道（电子云）的形状并在多电子原子中和主量子数一起决定电子的能级。（其中单电子原子电子能量完全由n决定）电子绕核运动，不仅具有一定的能量，而且也有一定的角动量M，它的大小同原子轨道的形状有密切关系。例如L=0时说明原子中电子运动情况同角度无关，即原子轨道的轨道是球形对称的；L=1时，其原子轨道呈哑铃形分布；如L=2时，则呈花瓣形分布。第十一页，共十七页，编辑于2023年，星期四通常情况下，或者说在没有外磁场的条件下，对于同一多电子原子，位于同一能级（n、l相同）的电子能量相同，位于不同能级的电子能量不同。（对于不同的原子，即使量子数n、l相同，其能级的能量也不同）当电子层数（主量子数）相同且有多个能级时，各能级能量高低顺序是：Ens<Enp<End<Enf例如钠原子受激发成激发态后，处于n=4的电子层的电子跃迁回n=3的电子层的不同能级是所形成的光谱就含有多条谱线

第十二页，共十七页，编辑于2023年，星期四3.磁量子数(m)：标记同一能级上的不同运动状态的电子实验发现，在没有外磁场的条件下，量子数n、l相同的状态的能量是相同的；有外磁场时，这些状态的能量就不同了(线状光谱发生分裂)。我们用磁量子数m标记这些状态。

取值范围：m的取值决定于L。从+L到-L并包括0在内的整数值。m=0、±1、±2、±3……±L，共2L+1个取值。

4.自旋量子数(ms)

原子中的电子不仅围绕着原子核运动，也围绕着本身的轴转动，这种转动叫做电子的自旋。ms就是用来描述电子自旋方向的数值。取值：自旋只有两个方向，顺时针和逆时针，因此只有两个值，+1/2和-1/2。意义：表示在同一轨道中，只能容纳两个自旋相反的两个电子。从而确定了具体的电子。第十三页，共十七页，编辑于2023年，星期四

因此有：决定电子能量的量子数有n、l;决定电子运动轨道的量子数有n、l、m;决定电子运动的量子数有n、l、m、ms。即在同一个原子中不可能有4个量子数完全相同的电子存在，或者说由4个量子数确定的运动状态只能存在一个电子。第十四页，共十七页，编辑于2023年，星期四n、l、m、ms的数值关系主量子数（n）1234角量子数（l）0010120123磁量子数（m）000±100±10±1±200±10±1±20±1±2±3原子轨道数（2l+1）11313513571s2s2p3s3p3d4s4p4d4f原子轨道数（n2）14916电子层最多容纳电子数（2n2）281832第十五页，共十七页，编辑于2023年，星期四l与n的取值关系及轨道符号、轨道形状nl轨道符号电子亚层符号轨道形状10s1ss为球形对称20、1s、p2s、2pp为哑铃形30、1、2s、p、d3s、3p、3dd为花瓣形40、1、2、3s、p、d、f4s、4p、4d、4ff形状复杂n0、1、2、3、4………………第十六页，共十七页，编辑于2023年，星期四原子中电子在核外绕核运动的运动状态由量子数n、l、m确定。核外电子的运动没有具体的轨道，通常所说的原子轨道真正含义是指单电子波函数，他不是任何类型的机波