第09章原子结构和元素周期律ppt课件.ppt
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1、1,第九章 原子结构和元素周期律 atomic structure periodic law of elements,2,9.1 微观粒子的特征,一、原子的概念及其组成,1801年,英国学者道尔顿,提出原子学说,认为原子不可再分。,1897年,英国学者汤姆森,发现了带负电荷的电子,打破了“原子不可再分”的概念。,3,1911年 英国人 卢瑟福(Rutherford) 进行粒子散射实验,提出了原子的“行星模型”,4,原子由原子核(质子和中子)和绕核作高速运动的电子组成。原子核好比太阳,电子好比绕太阳运动的行星,电子绕核高速运动。,5,原子的组成,原子,质子,中子,电子,原子核,带负电荷,带正电荷
2、,不带电荷,6,二、 氢原子光谱和玻尔理论,光谱: 复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)分光后,被色散开的单色光按波长(或频率)大小而依次排列的图案 。,光谱的产生,7,白光的连续光谱: 包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱,氢原子的线状光谱,可见光区有四条谱线。,8,1.绕核运动的电子应不停地连续辐射,得到连续光谱,但实际得到的是不连续光谱。,无法解释:,2.电子在运动中辐射能量不断减少,电子运动的轨道半径也将不断减少,最终,电子坠入核内,原子毁灭。,9,玻尔理论(Bohr 的氢原子模型),1、定态假设:电子绕原子核做圆形轨道运动。在一定轨道上运动的电子具有一定的能量,称为定态。在定态
3、下运动的电子不吸收也不放出能量。 能量最低的定态,称为基态。其余能量较高的定态,称为激发态。,10,2、量子化假设:原子的各种可能存在的定态所具有的能量是不连续的分立值(量子化)。具有不连续能量值的定态,叫做能级。,11,3、跃迁假设:当电子在不同轨道之间跃迁时,原子才会吸收或放出能量。电子从较高能级的轨道跃迁到较低能级的轨道时,原子以光的形式放出能量来,此光子的频率决定于电子跃迁前后两个轨道的能级差。,E = hn = E2 E1,12,玻尔理论成功之处与缺陷,成功之处:解释了原子稳定存在事实、氢原子线状光谱现象;提出了原子轨道能级概念;提出了核外电子运动具有量子化特点的观点。,原因:微观粒
4、子运动不同于宏观物体运动,经典力学理论不适用于描述微观粒子运动规律。,缺陷:不能解释氢原子的精密谱线;不能解释多电子原子的光谱。,13,三、微观粒子的波粒二象性,德布罗意假说:不仅光有波粒二象性,而且一切运动的微观粒子,包括电子、质子和中子都有波粒二重属性:,德布罗意关系式,14,1927年美国物理学家戴维逊(Davisson)和革末(Germer)用电子束代替x射线在晶体光栅(薄层镍)上进行电子衍射实验,得到了与x射线相似的衍射图。,德布罗意的假设三年后被实验证实,15,电子衍射现象不是电子间相互影响的结果,而是许多相互独立的在完全相同情况下的电子运动的统计结果,或者说是一个电子在多次相同实
5、验中的统计结果。波的衍射强度大的地方就是电子出现机会(概率)大的地方;波的衍射强度小的地方,就是电子出现机会小的地方。电子及其它微观粒子的运动,服从统计规律。因此,物质波又叫概率波。,电子衍射图形成过程,电子衍射图产生的原因分析,16,测不准原理(不确定原理),1927年,德国物理学家海森堡(Heisenberg)提出,微观粒子无法同时准确测定它的位置和动量。它的位置测得越准,,其动量就测得约不准,反之亦然。,关系式为:,x 为x方向坐标的测不准准量(误差); p为x方向的动量测不准量。,核外电子运动的统计性,17,无法确定单个电子在核外的运动轨迹,即电子不可能绕核做传统意义上的固定轨道运动。
6、,根据海森堡不确定关系得出电子速度的不准量 假设 x = 10-11 m,18,9.2 核外电子运动状态的描述,一、波函数和原子轨道,物质波的波动方程-薛定谔方程,m 是电子的质量;x,y,z 是电子在空间的坐标; E 是电子的总能量; V是体系的势能, h为普朗克常数。 是薛定谔方程的解。,19,1. 解薛定谔方程,可得到一系列波函数(x,y,z)和其对应的能量E值。,注意“轨道”已不是传统意义上的“轨道”。 2代表电子在空间某处单位体积内出现的概率大小(概率密度)。,3. 波函数的空间图象称为原子轨道,可粗略地认为是电子可能出现的区域。,2. 每一个特定的波函数对应于原子中电子的一种运动状
7、态,波函数是描述核外电子运动状态的数学函数。,薛定谔方程的意义,20,空间坐标(x,y,z)和球坐标(r,)的转换,21,为得到薛定谔方程合理的解,必须引入四个取值一定的参数n、m、l、ms,量子力学将这些特定的参数称为量子数,这四个量子数的取值和组合方式一定,波函数才能一定。 n、m、l、ms 是薛定谔方程有合理解的必要条件。,二、量子数及其物理意义,22,决定电子在核外空间出现概率最大的区域离核的远近,是决定电子能量的主要因素。 符号:n,n 1 2 3 4 ,光谱学符号 K L M N,分别表示 一 二 三 四 电子层,单电子原子能量完全由n决定,n 值越大,电子的能量越高。,四个量子数
8、,1、主量子数n,23,2、轨道角动量量子数l(角量子数),物理意义:l值决定轨道或电子云的形状; 在多电子原子中,角量子数是决定电子能量的次要因素。n,l值相同的各轨道,能量相同,称为等价轨道或简并轨道。,可取的数值:0 n-1的整数 (n个取值),s电子云 p电子云,24,3、磁量子数m,可取的数值:0、1、2l等整数,磁量子数有(2l1)个取值,意味着该形状的轨道有(2l1)个。,s、p、d电子云在空间的分布 P178,物理意义:决定原子轨道在空间的取向。,四叶花瓣形,25,量子数与对应原子轨道的关系,26,每层中原子轨道数,27,4、自旋量子数ms,可取的数值:+1/2、-1/2。 常
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