《原子结构无机》PPT课件.ppt

1、原子结构和元素周期表，第一章，达尔顿原子论相对原子质量原子的起源和演化原子结构的保罗行星模型氢原子结构的量子力学模型基态原子配置元素周期系元素周期性，主要内容，重难点，1 .氢原子结构的量子力学模型2 .基态原子配置3 .元素周期系4 .元素周期性，教学方法同种原子质量相同， 不同种类的原子质量不同的原子不能再分成一个原子不变成另一个原子化学反应只是改变了原子的结合方式，将反应前的物质变成反应后的物质。 达尔顿原子论，1805年，达尔顿明确提出了他的原子论。 这个理论的要点是，每种化学元素都有原子，同种原子质量相同，不同种类的原子质量不同，有的原子不会再分开，有的原子不会变成别的原子。化学反应

2、只是改变了原子的结合方式，反应前的物质会变成反应后的物质。 达尔顿用自己的原子论导出倍比定律，当两种元素化合得到多个化合物时，实验证明这些化合物中元素的质量比具有整数倍的比例关系，如碳和氧有两种化合物的一氧化碳和二氧化碳，其中碳和氧的质量比为4:3和8:3 道尔顿提出了原子量的概念，但没能正确给出很多元素的原子量。 道尔顿独断地认为，由于“思考经济原则”可以认定水分子由一个氢原子和一个氧原子构成，所以弄错了氧的原子量。 道尔顿是代表原子的符号，是第一个元素符号。 图中他给出的许多分子组成都是错误的。 这不仅是想象用历史的教训揭示科学的真理，也不能遵循达尔顿提出的所谓“思想经济原则”，客观世界的

3、复杂性不会因为人或者主观想法的简单化而改变。 达尔顿原子论大大推动了化学的发展，1818年和1826年，瑞典的化学家贝泽里乌斯(C-L. Berzelius 1779-1848 )通过大量的实验正确确定了当时已知的化学元素的原子量，纠正了达尔顿原子量的错误值，得到了化学发展把对于贝塞琉原子量(1818和1826 )、1-2原子质量(原子量)、元素、原子编号和元素符号，具有一定的原子负荷数(等于核内质子数)的原子称为(化学)元素。 按(化学)元素的原子能发电负荷数进行排序，得到的编号称为原子编号。 每个元素都有一个用拉丁字母表示的元素符号。 在某些情况下，元素符号可以表示元素，可以表示该元素的原

4、子，也可以表示该元素的原子。核素、同位素和同位素丰度，核素是具有一定质子数和一定中子数的原子(的总称)。 元素具有一定质子数的原子。 同位素质子数相同中子数不同的原子(的总称)。 同量异位素核数相同，质子数和中子数不同的原子(的总称)。 同中子素具有一定中子数的原子(的总称)。 稳定核素、放射性核素、单核素元素、多核素元素通常在元素符号的左上下角加上数字作为核素符号。 核素符号左下角的数字是该核素原子核中的质子数，左上角的数字称为该核素的质量数，即核内质子数和中子数的和。 具有相同原子负荷数、不同中子数的核素属于同一元素，在元素周期表中占据同一位置，称为同位素。 某种元素的各种天然同位素的分率

5、组成(原子百分率)称为同位素丰度。 例如，氧的同位素的丰度为f(16O)=99.76%、f(17O)=0.04%f、(18O)=0.20%，氟等单核元素、同位素的丰度为f。有些元素的同位素丰度随样品而变化，通常同位素丰度是指从地壳(包括岩石、水、大气)到样品范围的多样品平均值。 如果采样范围扩大，则需要特别注明。 原子的质量、原子质量单位有u单位的核素一个原子的质量称为该核素的原子质量。 1u等于核素12C原子质量的1/12。 有的资料把amu和mu作为原子质量单位的记号，在高分子化学中把原子质量的单位称为“达尔顿”。 1u取决于核素12C的一个原子的质量的测定。 最近的数据将1u=1.660

6、566(9)10-24 g的核素质量与12C的原子质量的1/12之比称为核素的相对原子质量。 核素的相对原子质量在数值上与核素的原子质量相等，维数为1。 元素的相对原子质量(原子量)、元素的相对原子质量(长期以来被称为原子量)。 根据国际原子量和同位素丰度委员会1979年的定义，原子量是指元素的1摩尔质量相对于核素12C的1摩尔质量的1/12的比。 这个定义表明元素的相对原子质量(原子量)是纯数。 单核元素的相对原子质量(原子量)等于该元素的核素的相对原子质量。 多核种元素的相对原子质量(原子量)与该元素的天然同位素的相对原子质量的加权平均值相等。 加权平均值是将几个数值分别乘以1个权重相加。

7、 相对于元素的相对原子质量(原子量)，这个权重是同位素的丰度。 若用Ar表示多核种元素相对原子质量，则Ar=f iMr，I式中： fi同位素的丰度； Mr，I同位素相对于原子质量，1-3原子的起源和进化，宇宙的初氢燃烧，氦燃烧，碳燃烧过程，e过程重元素的诞生宇宙大爆炸理论的是非，1-4原子构造的玻尔行星模型，氢原子光谱，分光器测量物质放射或吸收的光的波长，拍摄各种各样的光谱图光谱图就像“指纹”能够识别人一样，能够识别形成光谱的元素。 在光谱分析中发现了铯、铷、氦、镓、铟等多种元素。 然而，到本世纪初，只知道物质在高温或电激发下发光，而发光机理并不知道各种元素具有特定的光谱，但为什么不同的元素具

8、有不同的光谱却不知道。 氢、氦、锂、钠、钡、汞、氖的发光光谱(从上到下)，氢光谱是所有元素光谱中最简单的光谱。 在可见光区中，所述光谱包括若干分离的线性光谱线，其波长和符号如下：光谱线hhhh编号(n) 1 2 3 4 5波长/nm 656.279486.133434.048410.175397.009，从红到紫1883年，瑞士巴尔默(J.J.Balmer 1825-1898 )发现在光谱波长()和编号(n )之间存在以下经验方程式：里德堡(j.r.rydberg18555 )，氢的红外光谱和紫外光谱的光谱当1=2时，得到的是可见光谱的光谱线，称为巴尔迈体系，当n1=3时，得到氢的红外光谱，称

9、为个人体系，当n1=1时，得到氢的紫外光光谱，称为来历曼体系。 玻尔理论，1，行星模型，2，稳态假设，3，量化条件，4，转变规则，n=1时能量最低，此时能量为2.17910-18J，此时对应的半径为52.9pm，被称为玻尔半径的行星轨道和行星模型是玻尔新的量子力学证明了电子在核之外的所谓“行星轨道”是不存在的。 玻尔理论是合理的：核外电子处于稳态时有确定性能量的原子光谱来源于核外电子的能量变化。这个真理传承到了后来的量子力学上。 玻尔理论的基本科学思想方法承认了原子系统稳定长期存在的客观事实，大胆假设光谱的来源是核外电子的能量变化，以类比的科学方法形成核外电子的行星模型，并提出量化条件和迁移规

10、律等革命性概念。1-5氢原子结构(核外电子运动)的量子力学模型、1-5-1波粒二象性、物理学家们统一了光的粒子说和光的波动说，提出了光的波粒二象性，认为光兼备粒子性和波动性的二重性。 (2)光子的运动量(P=mc，E=mc2其中m是光子的质量，c是光速)是光的倍率(Y2)，这意味着当I=h=2/4 (1)光的频率恒定时，光子的密度()与光的幅度的平方(Y2)成比例： Y2 或者，1-5-2德布罗意关系式，1927年，年轻法国博士生德布罗意(de Broglie 1892-1987 )在他的博士论文中大胆假设，所有的实物粒子与光具有相同的波粒二象性，引起科学界的关注。 也就是说，显示光的波粒二象

11、性的关系式不仅仅是光的特性，也是电子、质子、中子、原子等实物粒子的所有特性。 这给予了该关系式新的内涵，以后称为用达布洛伊关系式：=h/P=h/mv达布洛伊关系式修正的各种实物粒子的质量、速度和波长。 实物粒子的质量、速度和波长的关系，根据修正计算，宏观物体的波长过短，完全无法测定，无法感知，所以对于宏观物体，无需考察其波动性，对于高速运动的质量小的微观物体，例如核外电子，必须考察其波动性。 该关系式通过大卫生和日尔默的电子衍射实验得到了证实。 论证了1-5-3海森堡的不确定原理、量子力学不能用描述宏观物体运动的“轨迹”概念描述微观物体的运动。 所谓“轨迹”是指运动中的物体在每个决定的时刻具有

12、决定的位置。 微观粒子和宏观物体不同，它们的运动没有轨迹，也就是说在固定的时间里没有固定的位置。 这可以用海森堡的不确定原理来说明，一个物体相对于运动量(mv )的测量偏差(mv )和该物体相对于位置(x )的测量偏差(x )的积为普朗克常数的数量级，即，(x)(mv)h/时，其运动速度为2.18107m/s，光速已知电子的质量为9.110-31kg，如果我们正确地将电子速度的测定设为v=104m/s，则成为(mv )=9. 11031104 KGM/s=9. 11027 KGM/s的电子的运动坐标的测定偏差为： x=5. 2731035 kg s=57951012m=5795pm，该电子相当

13、于玻尔半径的约110倍(5770倍)，1 .波函数和4个量子数1 .波函数和雪定谔方程式是表示微粒子的运动状态的波函数，x、y、z是微粒子的位置的三维坐标， 确定v电子势能的e电子总能量(E-V )是电子的动能，表示雪定谔方程的物理意义：每个方程的合理解，表示电子运动的某个稳定状态。 与该解对应的常数e是该稳定状态下电子的总能量。 为了得到这个方程式的理解，必须导入3个量子数。设用波函数表示微粒子在三维空间中的运动规则的式为雪定中伤方程式，用波函数表示微粒子在三维空间中的运动规则的式为雪定中伤方程式，1-5-4氢原子的量子力学模型，2.4量子数，主量子数(对应于n，能量层)，值范围： n1，在

14、氢原子中，电子能量为： 量子数(l，对应能级)、取值的范围： l0、1、2、3、 n-1、物理意义：表示电子轨道的形状和用多电子原子决定主量子数和电子的能量。 其可取值受n的限制。 在l0、1、2、3.的情况中的每个子层都由相应的标号s、p、d、f.表示。 量子数(m，对应于轨道)、取值的范围： m0、1、2、3、 l，物理意义：表示电子轨道在空间的延伸方向，电子运动的3个量子数n、l、m，指定电子的空间运动状态时n2、l=1时，m的取值可以设为-1、0、1，3 二，一，一。 称为p轨道，符号是：2Px、2Py、2Pz P轨道形状为8字对称，自旋量子数(对应于ms，自旋状态)、自旋量子数不是从

15、氢原子波动方程式解，而是通过氢原子光谱的微结构实验导入的。 电子在简并轨道中运动时，磁场也会引起能量的微小变化，线性光谱在磁像素中分裂，因此物理意义：表示电子在原子轨道中运动时的自旋方向。 在一个原子上，量子数完全相同的电子不能存在4个，所以电子的运动状态可以用4个量子数记述(n、l、m、ms )，2 .记述波函数的径向部分和角度部分、在三维空间运动的波函数可以用球坐标表示，记述根据半径电子运动变化的分布y (，)也称为波函数的角度部分，也称为角度波函数。 描述电子运动随角度变化的分布的波函数。 根据波函数的放射状分布图和角度分布图，可以直观地形象性地说明原子的化学性质。 1、波函数的角度分布图(也称为原子轨道角度分布图)、波函数的角度分布图(参照P38 )只与角量子数有关，比如2p轨道图形和3p或4p轨道图形相同，图形的形状和符号可以从求解薛定谔方程式得到的波函数的具体公式中得到。 l=0时，称为s轨道，称为球形，符号称为正。 l=1时，称为p轨道，有3个简并轨道，分别称为px、py、pz轨道，轨道图形是2个对顶的“球壳”，坐标轴方向的一边为正，另一边为负。 l=2(d(