尔雅视频之魅力科学详细笔记

车云霞第1集化学概论——原子结构（一）原子中的基本粒子：19世纪末物理学上的三大发现：X射线、放射性、电子。中学所接触的：1.卢瑟福的原子行星模型；2.氢原子光谱；3.普朗克的量子论；4.爱因斯坦的光子学说；5.波尔假说（波尔理论）；6.微观粒子的波粒二象性；7.海森堡不确定原理。卢瑟福——粒子穿透金属箔实验里德宝公式：，其中是里德宝常数。氢原子光谱的特征：不连续的线状光谱，从红外到紫外区呈现多条具有特征波长的谱线。从长波（红外区）到短波（紫外区），谱线间的距离越来越小，表示n值越来越大，波长越来越短，频率越来越高，能量也越来越高。一个电子的电量：第2集化学概论——原子结构（二）波尔假说：原子中的电子只能在符合一定量子化条件的固定的轨道上绕核运动。电子在一个轨道中运动的角动量mvr必须是h/2的整数倍，即。波尔假说成功之处：激发态原子为什么会发射出光射线；氢光谱线波长的不连续性；验证了里德宝公式（说明了氢光谱线频率的规律性）；首次提出了n是能级的概念。波尔假说的缺陷：未能完全冲破经典物理的束缚；波尔理论解释不了多电子原子的光谱和氢光谱的精细结构等问题。电子的波粒二象性：不正确原理：不确定原子对宏观物体不起作用，放映了微观粒子的运动特征，不能用经典力学的方法去处理微观粒子。第3集化学概论——原子结构（三）原子结构三大问题：1、核外电子的运动状态。2、核外电子的排布。3、原子的电子层结构和周期系。1薛定谔方程——微粒的波动方程：得到的不是具体的数，是包括三个参数（n,l,m）和三个变量（）的一个参数式：。n,l,m称为量子数，它们决定着波函数某些性质的量子化情况。有合理的解的函数式叫做波函数。径向分布图是指电子在原子核外距离为r，厚度为薄层球壳中出现的概率随半径r变化时的分布情况。2波函数的空间图像第4集化学概论——原子结构（四）由波函数（电子在原子核外运动的状态）的径向分布图可以看出1.核外电子是按层分布的；2.当主量子数相同时，ns比np多一个离核较近的峰，np比nd多一个离核较近的峰，这些离核较近的峰都伸到（n-1）各峰的内部，而且深入内部的程度各不相同的，电子在核附近出现的机会：ns>np>nd>nf因为4s电子，它有小峰靠近原子核，所以造成4s电子的能量比3s的能量要低。电子概率的径向分布图1.电子概率的径向分布图表示了电子在整个空间出现的概率随半径变化的情况，放映了核外电子概率分布的层次性。2.电子概率的径向分布图放映了核外电子概率分布的穿透性。电子云的角度分布图三个问题：1.原子轨道的角度分布图（即波函数）；2.电子云的角度分布图；3.原子轨道和电子云的角度分布图的比较。（重点）三个量子数n,l,m确定一个原子轨道。第5集化学概论——原子结构（五）电子云的角度分布l=0的状态即为s态（上图）原子轨道角度分布图与电子云角度分布图的比较（重点）结构化学里面的电子云的黑点图：等密度曲线图：界面图：网格立体图：原子轨道轮廓图：主量子数n是决定电子层数的。用它来描述原子中电子出现概率最大的区域离核的远近。主量子数n是决定电子能量高低的主要因素。（ｎ为不等于０的正整数）单电子原子（或类氢离子）：原子核外只有一个电子的原子或离子。单电子原子（或类氢离子）的性质：电子能量只与主量子数n有关，n值越大，电子的能量越高。第6集化学概论——原子结构（六）多电子原子的性质：核外电子既与ｎ有关，又与ｌ有关，又取决于ｎ和ｌ的取值。不能只取决于ｎ值的大小。角量子数（副量子数）ｌｌ的取值范围：对于给定的ｎ值，ｌ只能取小于ｎ的整数值。角量子数ｌ与多电子原子中的电子能量有关：即多电子原子中电子的能量不仅与主量子数ｎ有关，还与角量子数ｌ有关。磁量子数ｍ磁量子数ｍ是决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向。简并轨道第７集化学概论——原子结构（七）精密观察强磁场存在下的原子光谱，每一条谱线实际是由靠得很近的两条谱线组成的。原子中每个电子的运动状态需要用ｎ，ｌ，ｍ，四个量子数来描述。（对比：三个量子数n,l,m确定一个原子轨道。）主量子数n是决定电子能量高低的主要因素。角量子数l决定原子轨道的形状，同时也影响电子的能量。磁量子数ｍ是决定原子轨道或电子云在空间的伸展方向。自旋量子数决定电子自旋的状态。小结：1.电子是微观粒子，具有波粒二象性，不能同时确定其位置和动量，它的空间运动状态需要用波函数来描述，2.在微观世界中，核外电子运动的能量是不连续的，分为不同的能级（n），电子运动的每一个状态均需要用四个量子数（ｎ，ｌ，ｍ，）来确定。3.波函数、原子轨道、电子云的区别和联系。A．波函数就是原子轨道，三个量子数ｎ，ｌ，ｍ确定一个波函数，ｎ，ｌ，ｍ。B．四个量子数ｎ，ｌ，ｍ，确定电子的一种空间运动状态。C．电子云是电子在空间出现的概率密度分布的形象化表现。原子轨道跟电子云的区别：原子轨道的图像中有正、负号，电子云的图像中则没有。4.四个量子数之间相互联系又相互制约。A．在同一原子中不可能有四个量子数完全相同的两个电子存在。多电子原子的能级核外电子排布的能级我们所得到的原子轨道能级图，从薛定谔方程不能得到精确的解，只能借助于某些实验数据或做近似处理得到核外电子排布的基本规律。原子轨道的近似能级图图中的能级顺序是指价电子层中填入电子时各能级能量的相对高低。由近似能级图，我们可以看出：1.角量子数l相同的能级，其能量大小由主量子数n决定，n越大能量越高。2.主量子数n相同，角量子数l不同的能级，其能量随l值增大而升高。n相同，轨道能级不同的现象叫能级分裂。.第8集化学概论——原子结构（八）鲍林的原子轨道能级图简单明了，基本反映了多电子原子的核外电子填充的次序。填充次序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、……屏蔽效应：屏蔽规则：1.外层电子对内层指定电子的屏蔽作用忽略不计为零。2.指定电子只受处于内层和同层的其他电子的屏蔽。3.如果指点电子是最外层电子，处于内层和同层的其他电子对它的屏蔽作用大小是：同处于n层的电子<处于n-1层的电子<处于n-2层的电子。4.同一内层电子对指定外层电子的屏蔽作用，指定外层电子的l值越大，它受到内层电子的屏蔽作用越大：s电子<p电子<d电子<f电子2s电子有2个峰，有小峰靠近原子核，2p电子只有1个峰，没有靠近原子核的小峰，这表示2s电子能够绕开2p，能够绕开原子核的内部，所以它受其他电子的屏蔽就比较小。第9集化学概论——原子结构（九）钻穿效应：受到屏蔽作用的大小：3s电子<3p电子<3d电子核外电子能量排布原则：1.能量最低原理；2.泡利不相容原理；（2电子必须自旋相反，不能相同）3.洪特规则；（先填满前面的电子，再填后面的电子）原子的电子层结构和元素周期系五个大问题：1.原子的电子层结构；2.原子的电子层结构与元素的分区（s区、d区、ds区、p区、f区）；3.原子的电子层结构与元素的周期；4.原子的电子层结构与元素的族；5.元素基本性质的周期性（①原子半径的周期性、②电离能的周期性、③电子亲和能的周期性、④电负性的周期性）周期性从左到右，原子半径在逐渐缩小，稀有气体不是共价半径，它原子半径突然变大，因为稀有气体是氮原子分子；金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强；周期性自上而下，原子半径在逐渐增大，随着电子层数的增多，原子半径在增大；金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。同一主族元素自上而下，原子半径逐渐增大；金属性逐渐增强；同一副族元素自上而下，原子半径的变化不如主族的明显。电离能：第一电离能：使元素丢掉一个电子，叫做第一电离能。电离能越小，金属性越强；电离能越大，非金属性越强。电离能的反常现象：同一周期主族元素：N（氮）>O（氧），P（磷）>S（硫）半充满电子亲和能是元素非金属性的一种标度，元素的电子亲和能越大，非金属性越强。电子亲和能的反常现象：第10集化学概论——原子结构（十）电负性的一般规律：习题：1.当主量子数n=4时，有几个能级？各能级有几个轨道？最多能容纳多少电子？各轨道之间的能量关系如何？答：当主量子数n=4时，这一电子层中共有s、p、d、f四个能级；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；每个轨道最多容纳2个电子，所以当主量子数n=4时，最多能容纳32个电子；对单电子或类氢离子体系，个轨道之间的能量关系为：4s=4p=4d=4f；对多电子体系，各轨道之间的能量关系为：4s<4p<4d<4f。2.某元素的原子序数为24，试问：（1）这种元素的原子中总共有几个电子？答：这种元素的原子中总共有24个电子。（2）它有几个电子层？几个能级？答：注：3d轨道中，5个电子是半充满，稳定。（3）它的外层电子结构如何？它有几个价电子？答：（4）它是第几周期第几族元素？答：铬（5）它有几个成单电子？答：它有6个成单电子。杨振宁第11集物理学的诱惑①法拉第带领人类走进电的时代。麦克斯韦带领人类走进电磁波通信的时代。1861年秋，麦克斯韦证明有电磁波。波速每秒193,088英里，光速每秒193,118英里。总结到：光波即电磁波。吴健雄的实验证明了衰变的宇称不守恒。电荷守恒：第12集物理学的诱惑②之谜一开始发现变成两个，而变成三个，后来随着精确的实验，发现和有相同的质量，精确度达1%至2%；和有相同的有相同的寿命，准确度达20%。人们相信宇称守恒的原因：1.宇称守恒即物理世界是左右对称的；2.左右对称有很大的直觉和审美的感召力；3。宇称守恒非常准确地在原子物理中守恒。杨振宁和李政道的猜想步骤：1.猜想对大多数的力量而言，宇称是守恒。但在弱相互作用下未必如此。2.研究证明，之前的所有衰变实验都跟宇称守恒无关。3.提出几个实验，测试在衰变及其他的弱相互作用中，宇称是否守恒。杨振宁和李政道的文章中指出：在弱相互作用中，宇称是否守恒缺乏实验证明。第13集物理学的诱惑③宇称不守恒是弱相互作用下的一般特征。宇称不守恒的影响：1.把“对称观念”提升为基本理论物理的一个中心概念；2.对“离散对称性”的深入了解（电荷共轭、时间逆转）；3.对中微子性质的研究具有决定性的影响。1988年，发现两种中微子1995年，发现第三种中微子2002年，发现三种中微子相互转变第14集物理学的诱惑④去美国念书要考虑的问题：1.美国的社会习惯与中国不同。2.美国的教育原则与中国不同。3.与其他留学生讨教经验。张首晟（sheng）第15集日常生活中的量子物理学（一）第16集日常生活中的量子物理学（二）第17集日常生活中的量子物理学（三）第18集日常生活中的量子物理学（四）马宗晋第19集近年亚洲巨灾的灾情和成灾基理（一）干旱问题、洪水问题、地震问题、海啸问题、风暴（台风问题）、野火问题、火山问题、崩滑问题（汶川大地震）第20集近年亚洲巨灾的灾情和成灾基理（二）第21集近年亚洲巨灾的灾情和成灾基理（三）第22集近年亚洲巨灾的灾情和成灾基理（四）气象部门、水利部门、农业部门第23集近年亚洲巨灾的灾情和成灾基理（五）地震研究应该首先考虑人的因素。我国目前还没有很好地推动灾害保险问题。第24集近年亚洲巨灾的灾情和成灾基理（六）第25集近年亚洲巨灾的灾情和成灾基理（七）第26集月球探测与中国嫦娥工程的进展我们生活在地球上的人类，应该说对两个天体是最熟悉。一个是光芒万丈的太阳，太阳是普照大地，使我们整个地球，激起了风雪雨霜，气候变化，万物生长，其实我们地球离太阳的距离很远，平均距离1亿5000万公里，那么我们地球获得太阳的能量，只有太阳发出来的，就那么一点能量却引起了我们地球那么大的变化。这个大家都比较熟悉，一个太阳；还有大脚都比较熟悉的，每天晚上都能看见的，就是我们的月亮。月亮确实是在人们的心目当中，它是圣洁的，它是温馨的，对吧，而且人们把自己的思想感情往往跟月球联系在一起。因为月球是地球唯一的天然卫星。40多亿年以来，月球是地球忠实的伴侣，伴随着地球共同经历荒古的演化过程，抵御小天体对地球的撞击，掀起汹涌澎湃的海洋潮，增添地球的活力，月球对地球生命的诞生和保护地球等方面都发挥过重要的作用。自古以来，月球激起人们的无限遐想与憧憬，萌发出各种神话传说、宗教信仰、哲学思想、文学艺术和风俗传统，并为古代的历法编制、农耕时令和社会发展发挥过重大作用。日本月亮女神：辉夜姬第一个看到月球的面貌的人：伽利略1958-1976年美国和苏联共发射108枚探测器，成功或部分成功52（48%）【第一次月球探测的高潮】；美国有6次阿波罗载人登月，共12名宇航员登上月球。苏联在和美国争夺空间霸权上完全失败。阿波罗计划给人类带来的效益：“阿波罗”工程投资254亿美元，（相当于2005年1360亿美元）是当时规模最大，耗资最多的科学项目之一。参加阿波罗计划的有2万家企业，200多所大学，80多个科研机构，总人数超过40多万。它的出现导致20世纪60至70年代产生了液体燃料火箭、微波雷达、无线电制导、合成材料、计算机等一大批高科技工业群体。后来又将该计划中取得的技术进步成果向民用转移，带动了整个科技的发展和工业繁荣，其二次开发应用的效益，远远超过“阿波罗“计划本身所带来的直接经济和社会效益。阿波罗计划派生出了大约3000种应用技术成果（航天航空、军事、通信、材料、医疗卫生、计算机、其他民用科技）距美国Chase研究会测算，其投入产出比为1:14.阿波罗载人登月计划取得了巨大的成功，引领了20世纪60至70年代几乎全部高新科技的创新和发展和一大批新型工业群体的诞生于与成长。阿波罗计划是一项推动科技进步并取得巨大政治、经济效益的计划。第27集月球探测与中国嫦娥工程的进展（二）阿波罗成功登月的重要依据：准备充分（阿波罗1号—10号）月震仪和激光反射器的安装阿波罗17号样品的研究40万科技人员和苏联的克格勃的作用美国阿波罗载人登月的着落区的相片月球的基本参数：月球表面积38000000平方千米，相当于地球表面积的，接近4个中华人民共和国版图（960万平方公里）的总和。地球上只能见到月亮的正面。地球上人们看不到地球的另一面的原因：月球的自转周期和月球的公转周期（即绕地球旋转的周期）相等。月球表面基本上没有大气，是超高真空。月球表面没有声音传播的介质，因此月球表面没有任何声响。由于没有大气的热传导，月球平均温度为107（白天）——153℃月球无磁场的原因：月球内部已经冷却、固化了、没有带电流体的流动。月球是一个古老的、“僵死”的星体，月球的内部能量已近于衰竭，月震和表面热流均极小，月球的“地质时针”停滞在31亿年之前。第28集月球探测与中国嫦娥工程的进展（三）上世纪末本世纪出，提出重返月球的国家有：美国、俄罗斯、日本、德国、英国、法国、乌克兰、奥地利、巴西、印度、韩国等。人类重返月球的重要原因：月球有丰富的矿产资源；月球的能源丰富；氦-3月球的坏境特殊；月球有重大的军事战略地位。1986年4月26日，切尔诺贝利核能发电厂发生严重泄漏及爆炸事故。美国肯尼迪总统：“谁控制了太空，谁就控制了地球。”联合国《月球公约》规定：月球不能作为殖民地，但是谁先开发利用，谁先获益。中国月球探测的战略发展：探：无人月球探测（2003-2020）；绕：环绕探测；登：载人登月；落：月球软着陆和巡视探测；驻，月球基地、开发和长驻；回：自动取样返回。美国新航天计划：2004年1月14日，美国总统布什宣布了探索太空和将人类的足迹扩展到整个太阳系的美国心太空计划。2008年前将无人驾驶的探测器送上月球。2015年——2020年之间美国宇航员重返月球并在那里建立太空基地。2030年后，将宇航员送上火星乃至更遥远的宇宙空间。2005年9月NASA迈克尔·格里芬局长向美国参议院陈述：航天飞机和太空站（已经搞了20年）是误入歧途，是代价高昂的战略性错误。我们被限制在地轨道已经有太长时间，使NASA丧失了正确发展的机会。我们国家空间计划的重心应该是开发太阳系（开展以月球和火星为主线