第一章第一节原子结构.ppt

第一章 原子结构与性质,第一节 原子结构,一、人类对原子结构的认识,“原子”概念的提出 朴素的认识论：世界万物由水、空气、土、火等构成 古希腊时代：思辩性古代原子论 万物由原子构成，原子是物质世界的共同基础，不能再分割。,近代原子论,发现电子,带核原子结构模型,轨道原子结构模型,电子云模型,道尔顿原子模型(1803年)：原子是组成物质的基本的粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球体。 汤姆生原子模型(1904年)：原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷，形成中性原子。俗称“枣糕式”模型。 卢瑟福原子模型(1911年)：在原子的中心有一个带正电荷的核，它的质量几乎等于原子的全部质量，电子在它的周围沿着不同的轨道运转，就象行星围绕太阳运转。 玻尔原子模型(1913年)：电子在原子核外空间的一定轨道路上绕核做高速的圆周运动。,一、人类对原子结构的认识,二、原子核外电子排布,1. 原子核外电子的分层排布,原子核,电子层,核电荷数,该电子层上的电子,He、Ne、Ar原子的核外电子分层排布示意图,1. 原子核外电子的分层排布,H、O、Mg原子的核外电子分层排布示意图,二、原子核外电子排布,原子结构示意图 为了形象地表示原子的结构，人们就创造了“原子结构示意图”这种特殊的图形。,二、原子核外电子排布,15,第1层,第2层,第3层,K层,L层,M层,2,8,5,原子结构示意图,2. 原子核外电子运动区域与电子能量的关系 电子能量高在离核远的区域内运动，电子能量低在离核近的区域内运动 ，把原子核外电子分成不同的能层；分别用一、二、三、四、五、六、七表示，符号分别为K、L、M、N、O、P、Q。同一能层的电子，能量也可不同，可以把它们分成能级，符号为：s p d f,二、原子核外电子排布,K L M N O P Q,1s 2s2p 3s3p3d 4s4p4d4f 5s5p,2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6,注:在每一能层中，能级符号的顺序是ns np nd nf. (n代表能层）,二、原子核外电子排布,3. 原子核外电子排布规律 最外层最多只能容纳 8个电子(氦原子是2个)； 次外层最多只能容纳18个电子； 倒数第三层最多只能容纳32个电子； 每个电子层最多只能容纳2n2电子； 各电子层所能容纳的电子数必须服从于其所在的位置； 电子总是尽先排布在能量最低的能级里,二、原子核外电子排布,三、构造原理,1. 构造原理 随着原子核电荷数的递增，绝大多数元素的原子核外电子的排布将遵循右图的排布顺序。,2. 元素原子的电子排布式,三、构造原理,H:1s1,He:1s2,Li:1s2 2s1,B:1s22s22p1,Na:1s22s22p63s1,Fe:1s22s22p63s23p63d64s2,Kr:1s22s22p63s23p63d104s24p6,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,能量最低原理：原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理 基态原子：处于最低能量的原子 在基态原子里，电子优先排布在能量最低的能级里，然后排布在能量逐渐升高的能级里 激发态原子：当基态原子的电子吸收能量后，电子会跃迁到较高能级，变成激发态原子,四、能量最低原理、基态与激发态、光谱,原子光谱：不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱,锂、氦、汞的发射光谱,锂、氦、汞的吸收光谱,利用光谱分析可以发现新元素或利用特征谱线鉴定元素,练习,1. 下列有关认识正确的是 A. 各能级的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7 B. 各能层的能级都是从s能级开始至f能级结束 C. 各能层含有的能级数为n-1 D. 各能层含有的电子数为2n2,练习,2. 下列图象中所发生的现象与电子的跃迁无关的是,A B C D,练习,3. 按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是 A1s、2p、3d、4s B1s、2s、3s、2p C2s、2p、3s、3p D4p、3d、4s、3p,练习,4. 以下电子排布式表示基态原子电子排布的是 A1s22s22p63s13p3 B1s22s22p63s23p63d104s14p1 C1s22s22p63s23p63d24s1 D1s22s22p63s23p63d104s24p1,练习,5. 电子由3d能级跃迁至4p能级时，可通过光谱仪直接摄取 A电子的运动轨迹图像 B原子的吸收光谱 C电子体积大小的图像 D原子的发射光谱,五、电子云与原子轨道,1. 电子云 电子在原子核外出现的概率密度分布。电子云是核外电子运动状态的形象化描述。,概率分布图(电子云),电子云轮廓图的制作过程,90%,原子轨道,五、电子云与原子轨道,2. 原子轨道 球形,s能级的原子轨道图,五、电子云与原子轨道,2. 原子轨道,p能级的原子轨道图,五、电子云与原子轨道,2. 原子轨道,d能级的原子轨道图,五、电子云与原子轨道,2. 原子轨道,f能级的原子轨道图,五、电子云与原子轨道,2. 泡利不相容原理 在同一个原子里，不存在四个方面的运动状态完全相同的电子 核外电子排布的轨道表示式,五、电子云与原子轨道,3. 洪特规则 当电子排布在同一能级的不同轨道时，总是优先占据一个轨道，而且自旋方向相同,归纳与小结,1. 描述核外电子运动状态的四个方面 能层(电子层) 能级(电子亚层) 轨道(电子云的伸展方向) 自旋方向,归纳与小结,描述核外电子运动状态的四个方面 能层(电子层) 原子核外的电子可以看作是分层排布的。处于不同层次 中的电子，离核的远近也不同。离核愈近的电子层能级愈低，离核愈远的电子层能级愈高。通常用n=1、2、3等数值来表示电子层离核的远近。n=1，即表 示离核最近的电子层，其中的电子能量最小。n=2，即表示为第二电子层。有时也用K、L、M、N、O等分别表示1、2、3、4、5等电子层,归纳与小结,1. 描述核外电子运动状态的四个方面 能级(电子亚层) 即使在同一电子层中的电子，能量也常有差别，它们电子云的形状也不相同。所以每一个电子层，又可以分作几个电子亚层，分别用s、p、d、f等符号来表示,归纳与小结,1. 描述核外电子运动状态的四个方面 轨道(电子云的伸展方向) 电子云不仅有确定的形状，而且有一定的伸展方向。s电子云是球形对称的，在空间各个方向上伸展的程度相同。p电子云在空间可以有三种互相垂直的伸展方向。d电子云可以有五种伸展方向，f电子云可以有七种伸展方向。 如果把在一定电子层上，具有一定形状和伸展方向的电子云所占据的空间称为一个轨道，那么s、p、d、f四个能级就分别有1、3、5、7个轨道,归纳与小结,1. 描述核外电子运动状态的四个方面 自旋方向 电子不仅在核外空间不停地运动，而且还作自旋运动。电子自旋有两种状态，相当于顺时针和逆时针两种方向。常用向上箭头“”和向下箭头“”来表示不同的自旋状态,归纳与小结,2. 核外电子的排布规律 核外电子的排布遵循以下规律 泡利不相容原理 能量最低原理 洪特规则,归纳与小结,2. 核外电子的排布规律 泡利不相容原理 在同一个原子里，不存在四个方面的运动状态完全相同的电子,归纳与小结,2. 核外电子的排布规律 能量最低原理 在核外电子排布中，电子总是尽量最先占有能量最低的轨道，只有能量最低的轨道被占满后，电子才能依次占有能量较高的轨道，这就是所谓能量最低原理,归纳与小结,2. 核外电子的排布规律 洪特规则 在同一能级中的各个轨道上，如3个p轨道、或5个d轨道，或7个f轨道上的电子排布，倾向于尽可能分占不同的轨道，而且它们的自旋方向相同。这样的排布，使整个原子的能量最低 特例：那就是对于同一能级，当电子排布为全充满、半充满或全空时，整个原子体系最稳定,练习,6. 下图中能正确表示基态硅原子的是,A B C D,练习,7. 人们常将在同一原子轨道上运动的，自旋方向相反的2个电子，称为“电子对”；将在同一原子轨道上运动的单个电子，称为“未成对电子”。以下有关主族元素原子的“未成对电子”的说法，错误的是 A. 核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中一定含有“未成对电子” B. 核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中一定不含“未成对电子” C. 核外电子数为偶数的基态原子，其原子轨道中可能含有“未成对电子” D. 核外电子数为奇数的基态原子，其原子轨道中可能不含“未成对电子”,