原子结构与元素周期系.ppt

1、第四章结构化学，第一节原子结构和元素同步律，H=E，1 .原子结构的发展概况，1.Dalton原子论各化学元素的最小单位是原子，同一元素的原子质量相同，不同的元素由不同的原子组成，原子质量也不同的原子是不可分割的。 达尔顿(英) 17661844、1897年汤姆森(Thomson，18561940 )在阴极射线上发现了电子的存在。 电子被认为是在带正电荷的球体内。 2 .汤姆森的西瓜原子模型考察了粒子在金箔上的散射。 发现大部分粒子没有偏转；部分粒子偏转。 1911年英国科学家卢瑟福(Rutherford，D. 1749-1819 )进行了萩名粒子散射实验，结论原子中的正电荷集中在小核上，其侑

2、大部分是空的。 3 .卢瑟福原子的有核模型，以白光为光源，连续光谱：包括一定范围内所有不同波长的光谱。 氢原子光谱，4 .极原子模型，(1)1900年，普朗克量子论：辐射能的吸收和释放是不连续的(量子化)，以最小单位或最小单位的整数倍吸收或释放，这称为能量的量子化。 能量的最小单位叫能量子，简称量子。 作为光或辐射源传输的能量子所具有的能量与辐射的频率成比例： h6.62610-34Js，称为普朗克常数。 (2)1905年，爱因斯坦的光子学说：光不仅有波，还有粒子性。 极原子模型的要点：1 .核外电子只能在稳定轨道上运动，不吸收能量或放射能量。 电子运动轨道是以核为中心的不同半径的同心圆2 .

3、不同的稳态轨道能量不同且不连续的原子轨道的不同能量状态称为能级3 .电子可以在不同的稳态轨道之间迁移，在此过程中可以吸收一定的辐射能量或作为光放出能量发射或吸收的能量可以是正好两个轨道的能量差=E/h=(E2-E1)/h、氢原子光谱、n=1、n=2、n=5、n=6， n=4的限制：1.不能解释多电子原子系统2 .不偏离古典力学框架人为地规定电子只能在遵循量子化条件的稳态轨道上运动，但实际上电子并非遵循古典力学理论，而是遵循微观粒子特有的规律性。 微观粒子的运动特征：1.量化特征“量化”是指在微观粒子的运动及运动过程中能量的变化不连续，以某个最小量单位呈现飞跃性的变化。 例如，原子光谱是单独的线

4、性光谱而不是连续光谱这一事实。 2 .波粒二象性，1924年德布里(de Broglie )受光具有波粒二象性的启发，提出分子、原子、电子等微粒子也具有波粒二象性。 20世纪初，爱因斯坦的光子理论描述了光具有波粒二象性。 对于质量以m、速度v运动的微粒子，不仅具有动量(粒子的特征)，还具有相应的波长(波动的特征)。 两者之间的相互关系，这就是萩名的直布罗陀依存关系式，是联结物质微粒子的波粒二象性的关系式。 式中，称为物质波的波长或直布罗陀波长。 可以根据直布罗陀的关系式求出电子的波长。 例如，以一定速度运动的电子，其直布罗陀波的波长相当于分子尺寸的量级。 因此，当一条电子流通过晶体时，应该观察

5、到由电子的波动性引起的衍射现象。 电子衍射图像，这个推定是1927年大卫生和杰莫通过电子衍射实验证实的。 X-rays、Electron、2种衍射图形相似，电子的波长接近x射线，因此不可测量原理(不可测量关系) (1927年，海森堡)的内容：微粒子在指定时刻的空间位置和运动量不可能同时确定。xp h/2 x h/2m h是普朗克常数：6.62610-34 x和p分别是位置不确定量和运动量不确定量，相对于宏观物体m=10 g x=0.1mm，从x h/2m得到=h/(2mx)10-的电子m=9.1110-31 Kg，其大小位置的正确精度x=10-11 m从x h/2m得到h/(2m x)=6 1

6、06 m.s-1，这是电子自身的速度(。 微粒运动规律的统一解释微粒的波动性是大量粒子运动(或一个粒子的千万次运动)表现的性质，即物质的运动是具有统一意义的概率波。 原子中电子的运动特性可以用“概率波”和“概率密度”来记述。 空间的某个区域的波的强度(衍射强度)的大小与粒子的出现机会(概率)的多少成正比。 1 .薛定谔方程1926年，奥地利物理学家薛定谔(Schrdinger )描述了微观粒子运动规律的波动方程，即萩名薛定谔方程：二.原子结构(量子力学模型)，(波塞) -波函数：非具体数空间坐标x，y，z的函数。 (x，y，z )。 核外电子在空间中运动的状态(原子轨道) m :记述粒子的质量

7、的e :系统的总能量v :电位m、e、V-表达微粒性； 表示波动性，二次偏微分方程式，(x，y，z )也可以用球坐标(r，)表示。 是、(x、y、z )或(r、z )，x=r单位=r单位，或(x、y、z )。 所获得的每个波函数(r，)对应于核外电子运动的运动状态，即，稳态，其对应的能量为原子轨道能级。 例如，基态的氢原子的波函数是：对应的基态1s的能级是-21.810-19J，为了得到电子运动状态的理解，需要导入几个残奥计n、l、m，将它们称为量子数(表示微粒子运动状态的特定数字)，每个量子数有其决定的合理的也就是说，有规定的原子轨道。 1，0，0表示1s原子轨道，1 s 2，1，0表示2p

8、z原子轨道，2pz确定一个电子的动态需要另一个mS量子数。 量子数n的意思：记述电子层能量的高低顺序和距核的距离。 可取值： 1 2 3 4 5 6自然数符号： K L M N O P n=1表示能量最低、最接近核的第一电子层。 n越大，电子离核的平均距离越远，能量越高，电子的出现概率越小。 2 )角量子数l的意思：决定表示同一电子层存在不同层(亚层)的原子轨道的形状，以多电子原子与主量子数一起决定原子轨道的能量。 可取值： 0 1 2 3 4 (n1)符号： s p d f g n可取值：121223轨道33601 s3s3p3d4s4d4f，各n值是最大n个不同的角量子数l，即各电子层中最

9、大有n个亚的l的各值是1个形状的原子轨道l=0，s轨道， 也可以表示球形，l=1，p轨道，哑铃形l=2，d轨道，花瓣形，3 )磁量子数m (同一亚层中多包含一些空间延伸方向不同的原子轨道。意义确定：原子轨道或电子云的空间的延伸方向的值：与l有关，某l，m是2l 1个值-l 0 l，某m的值是原子轨道，雪定谔方程式，1 )主量子数n，2 )角量子数l，3 )磁量子数可取值： 0 1 2 3 4 . (n1)符号： s p d f g， 可取值：关于l，一个l，m是2l 1个值-l 0 l，一个m值对应于一个原子轨道，如果没有磁场施加到l-m轨道码轨道的数目为0 s1- 1，0，0的2，3 f 7

10、，则同一亚层中的原子轨道能量相等(p轨道为3，d轨道为5 由于外界的强磁场，根据轨道的空间延伸方向的不同，能量会出现微小的差异。 综上所述，一组合理的n、l、m可以决定离原子轨道核的距离、形状、延伸方向。 n=3，l=1，m=03，1，0对应于3pz轨道。 思考： n=4，l=0，m=0表示什么轨道？ 4s轨道，4，0，0，4 )自旋量子数ms电子除了围绕核运动外，还围绕自身的轴进行自旋运动。 意义：描述核外电子的自旋状态。 可取值：1/2、-1/2； 四个量子数n、l、m、ms可以决定电子在原子核外的运动状态。 您可以选择、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或

11、者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者轨道角动量量子数l还确定原子轨道的形状和电子云的形状3 .磁量子数m确定原子轨道或电子云的空间取向4 .自旋角动量量子数ms确定电子运动的自旋状态。 4个量子数和各电子层可能存在的电子运动状态数列在下表：例题：假设以下各量子数，指出其中哪个实际不存在，说明原因。 (1) (3，2，2，1/2 ):(2):(3，0，0，- 1，1/2 ):(3):(2，2，2，2，2 ):(4):(1，0，0，0 ):(5):(2，- 1，0，1/2 ):(6):(2，0，- 2，1/2 ):(3) (5)角量子数由于不能取负数而不存在。 (2)(6)磁量子数的可取值受角量子数的制约，所以不存在。 3 .原子轨道的图形可以利用数学的变量分离法将波函数(r，)分解为两个独立函数的积： (r，)=R(r).Y (，) (1)R(r )称为波函数的R(r )的值只根据n和l取的值而变化。 (2)将y (，)称为波函数的角度部分。 y (，)的值仅根据l和m的可能值而变化。 (r，)，1 .角度曲线(1)原子轨道的角度曲线波函数的角度部分y (，)不同，角的对应的y值形成空