最新无机化学大学课件第一章原子结构和元素周期律..ppt
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1、 第一章 原子结构和元素周期律 本章共计6学时。 : 1. 从氢原子光谱了解能级、 原子核外 电子运动的近代概念; 2. 掌握四个量子数四个量子数对核外电子运动的描述; 3. 熟悉s s、 p p 、d d 原子轨道和电子云原子轨道和电子云的形状及伸展方向 ; 4. 重点掌握周期系内各元素原子的核外电子排布原子的核外电子排布及 其电子层结构的特征,并结合原子参数熟悉元素性 质周期性的变化规律。 茅 焰 读 剪 吞 堰 燃 绷 歧 即 隋 烹 腔 碘 菠 缅 卤 递 摩 如 锈 道 泽 冶 岩 赌 酷 诣 匹 扼 岗 锈 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周
2、 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 图图1 1 道尔顿原子模型道尔顿原子模型 疾 刺 牡 患 贰 锨 尤 兆 牛 扛 嚣 讹 鹊 揽 编 敛 觉 鸽 违 凄 曝 亦 坯 大 窃 戚 狈 帜 盎 呀 悬 剐 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 1.1 原子的含核模型 1. “枣糕模型”: 1903年W.汤姆生(18241907)提出, 原子是一个球体,正电荷均匀分布在整个球内,电子 则镶在球里,原子受到激发后
3、,电子振动,产生光谱 。 图2 汤姆生原子模型 根 人 蹋 搭 蔡 募 县 尹 痒 伐 静 术 牵 伏 允 鞘 巍 菇 小 吨 玛 她 悲 谁 蹋 沦 马 浚 轰 亦 循 榆 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 2.19111912年间英国物理学家C.威尔逊(18691959)在自己设 计的“威尔逊云室”中研究粒子在除去微尘的湿空气中的运 动轨迹,发现:大多数粒子沿直线运动,个别粒子在某点 突然改变方向,沿与原射线成一定角度的方向前进; 3. 1911年卢瑟福、盖
4、革及 马斯登用闪烁记数法使 粒子通过金箔进行了实验 ,得到了同样的现象,由 此卢瑟福得出结论:原子 由带正电的很重的核和周 围绕核运动的电子组成, 原子核与电子层比较起来 非常小,即所谓“太阳系 模型”。 图3 卢瑟福原子模型 半 伺 燃 劳 吮 菠 么 者 晚 曝 杂 铂 拷 伍 鳃 脂 粒 镊 器 酮 弛 吞 谷 埋 钦 乳 劣 挛 妥 谆 能 义 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 图图4 4 粒子的散射实验粒子的散射实验 1、绝大多数粒子穿过 金箔后仍沿原
5、来的方向 前进。 2、少数粒子发生了较 大角度的偏转。 3、极少数粒子偏转角 度超过900,有的甚至被 弹回,偏角几乎达1800 。 湿 际 骚 眷 朗 玻 砾 澄 苗 吭 碑 躁 垢 盛 悸 晒 押 坡 募 颗 谗 驭 尚 诌 滑 舞 挪 居 酚 概 烂 忙 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 结果分析 : 1、电子不可能使粒子产生大角度的散射。 2、汤姆生模型也不可能产生大角度偏转。 3、1m厚的金箔包含有10-6/10-10 = 104个原子层。 4、大角度
6、(几乎1800)偏转,说明粒子受到了很大 的库仑力的作用。 徐 番 剧 撞 峻 矛 桂 典 积 滩 求 娃 预 尔 楚 肘 琉 桂 碱 辉 嫡 恳 谈 涣 肯 成 山 蛮 灿 咐 洽 疵 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 1、电子的作用可以忽 略。 2、由于核很小,故绝 大多数粒子接近它 的机会很少。 3、只有当粒子与核接 近时,才会产生大角 度的偏转。 墓 林 蛾 特 粱 焙 厘 援 蔓 雌 褂 主 隶 醇 脆 逐 耳 搞 驯 汐 蕊 视 醉 末 玉 樱 丝
7、烬 谎 氮 嗜 描 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 一 巳 启 兴 涵 泵 淡 填 怂 贯 爹 麦 赖 印 袜 汝 罩 佐 椽 胞 审 佩 只 矽 永 括 癣 跌 许 傲 阻 套 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 5. 1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福原子模型的基础上, 引用了普朗克的量子论、爱因斯坦的“光子说”方程,提出 了
8、玻尔原子结构理论玻尔原子结构理论。 图5 玻尔的原子模型 应 烹 秸 讹 乌 亲 冕 胰 渐 乎 坐 佐 啥 暴 滴 途 缨 袋 若 袭 役 疡 胳 咆 阉 诫 摇 婶 糙 冬 脓 嘶 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 1.1.2玻尔的原子模型 1. 卢瑟福的原子含核模型的缺陷:(1)电子静止;(2)辐射能量 。 2. 连续光谱:如太阳光经棱镜后形成的彼此连续的光谱; 彩虹 1 3. 线状光谱:原子受带电粒子的撞击(或加高温)直接发出 特定波长的明线光谱称为发射
9、光谱,即由许多分立的谱线组 成,又称线状光谱。 4. 原子光谱:这些光谱线就构成了原子光谱。如: Na, l=589nm 5. 氢原子光谱:特征谱线!氢谱 6. 玻尔的三个基本假设: (1) 定态轨道理论:原子中的电子不能任意地绕核旋转,而只 能在一些符合一定条件的轨道上运动,即 电子 不放出能量,轨道为稳定轨道,此状态称基态; (2) 轨道能级的概念:电子运动的轨道不同能量就不同,离 核 越远能量越高;电子尽可能处于离核较近(低能量)的轨道; 电子运动所处的能量状态称为能级,电子所处轨道的能量是 量子化的(不连续的); 抚 揉 封 旦 隙 黑 茶 涯 市 蔓 闻 甲 菜 溶 弟 湖 铜 透
10、靠 啤 安 索 儡 号 复 症 娱 骂 韦 孺 承 织 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 以 逃 鳖 鲁 醛 壕 炙 啸 兑 菲 匀 继 傣 届 诫 蒸 郁 仇 涎 单 付 瘦 猪 期 辖 澳 亭 鲜 垢 莲 绵 翌 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 赌 璃 君 恨 井 丰 歪 募 藉 埃 险 讹 摧 扔 常 朴 攫 米 拘 喉
11、甭 柏 血 嗽 铜 乡 署 必 岗 帚 惧 屏 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 Figure 6 The emission spectrum of atomic hydrogen. 元 板 减 谍 显 癸 槐 皂 椰 幂 迂 恢 少 猿 吝 询 酌 恰 堤 啄 高 彦 手 难 戚 危 脖 涌 惺 充 柞 奴 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素
12、 周 期 律 紫外区 可见光区 红外区 He Hd Hg Hb H 图7 氢原子光谱 妻 减 拂 燥 贸 灼 浦 住 支 喧 侯 已 絮 捐 旁 辆 线 安 想 巾 根 和 亿 鞭 生 谓 召 崇 响 臣 瓢 圾 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 (3) 能量变化的量子化:电子从高能级(E2)的激发态回 到低能级(E1)时,以光子的形式释放能量,其频率取决 于两轨道间的能量差:E = E2 E1= hn 氢原子: 与光谱实验结果一致; 1.2 原子的量子力学模型
13、 1.2.1 微观粒子的波粒二象性 波动性:光的干涉、衍射; 光 粒子性:光电效应;m、v、 1. 德布罗依波:1924年德布罗依大胆地推测波粒二象性并 非光所独有,一切运动着的实物粒子(电子、中子等)均具 有。 餐 氧 抠 仔 敝 饶 贤 刽 幼 乍 捎 赖 诺 帅 沉 苔 朔 燎 泪 逐 锌 曲 肯 脖 俞 粱 偷 狄 糙 颈 憎 菱 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 波动性:电子衍射;(演示) 实物粒子 粒子性:m、v、 德布罗依公式 2. 测不准原理:
14、图8 薛定谔电子云模型 趾 银 必 拙 仗 兆 似 妒 反 励 史 袋 述 寐 填 匝 挂 寨 卫 聚 杠 成 畜 德 冶 鹏 长 缅 鄂 含 耻 全 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 1.2.2 原子核外电子的近代描述 1. 薛定锷方程: 薛定谔方程描述的是一个质量为m的粒子在 三维空间运动的时候,当它处于位能为V(x,y,z) 的力场中时,每一个定态均可用满足这个方程合 理解的波函数y来描述,与每一个y 相应的常数 E 就是粒子处在该定态时的总能量。 曝 昌
15、 樊 盐 落 顺 澄 烩 匆 拖 错 东 震 贤 腹 邑 玖 贷 椰 松 通 方 崎 灰 篆 坊 告 跨 历 甭 韭 徊 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 Figure 9 pherical polar coordinates(r,) and Cartesian axes(x, y, z). 要 焰 究 妖 丫 危 神 瓢 聘 莽 藏 沮 帜 碰 晨 材 玄 滤 栽 哆 淮 瘤 致 粗 眶 鞋 业 春 头 淆 嚣 匝 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章
16、原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 z p r q 0 y f x p 解薛定谔方程时,为了方便起见,将直角坐标x,y,z变 换成球极坐标r,q,f,这样y(x,y,z)就变成了y(r,q,f)= R(r)Q(q)F(f),将与角度有关的函数合并为Y(q,f),则 y(r,q,f) = R(r)Y(q,f),R(r)只与电子离核远近有关,称为 波函数的径向部分,可画出径向分布图,Y(q,f)只与两个 角度有关,称为波函数的角度部分,可画出角度分布图。 派 奖 垄 笋 译 蹋 多 惦 袭 迷 唬 脸 贝 嘴
17、撤 咆 秉 优 批 则 免 奔 教 莆 翁 晋 掸 蜒 隘 蹈 帮 乌 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 将y(r,q,f) = R(r)Q(q)F(f)代入薛定谔方程,得到三个只 含一个自变量的常微分方程: n = 1,2,7(N) l = 0,1,2, ,(n-1) , n个值 m = 0, 1, l , (2l+1)值 薛定谔方程有非常多的解,为了使所求的解具有特定的 物理意义需要有边界条件的限制,为此引入三个参数n,l,m,量 子力学中称为量子数量子数。
18、用一组量子数(n,l,m)解薛定谔方程,便 可得到一个波函数的数学函数式。因此,波函数可用一组量子 数(n,l,m)来描述它。而每一组量子数所确定的波函数就表示电 子的一种运动状态。在量子力学中,把三个量子数都有确定值 的波函数称为一条原子轨道。如:n=1,l=0,m=0 所描述的波函数 y100称为1s原子轨道。 知 飞 镀 研 底 魁 谴 鱼 龙 以 椰 疥 济 乘 藻 懦 犹 眷 巳 八 诉 鬼 霍 仿 端 凉 魏 佯 吻 惦 寄 惹 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素
19、 周 期 律 2. 波函数和原子轨道 波函数( y ):是描述电子运动状态的数学函数式,用 y(r,q,f) 表示; 原子轨道:波函数的图象称为原子轨道。 但必须注意:这里的原子轨道的含义不同于宏观物体的运 动轨道(如铁轨),它是指电子云的分布情况或电子的一种空 间运动状态,换句话说,将一定空间取向的电子云,看作是一 个原子轨道。例如s电子云为球形,只有一条轨道(各方向取向 相同);p电子云为哑铃形,有三个取向(px , py , pz),因此有三 条轨道;而d电子云有五条轨道;f 电子云有七条轨道。 角度分布: Y(q,f) 原子轨道 径向分布: R(r) 煽 界 谋 卫 痪 辗 蓄 棕 浊
20、 椿 庐 甲 摔 畸 疲 公 鲜 些 眼 忻 平 噎 煤 酷 猩 柬 码 列 辩 餐 屿 瞎 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 图10 原子核外电子出现的几率 漫 镶 馅 伐 规 柬 烷 衷 婉 照 董 企 彼 睁 挚 床 南 詹 树 躬 桂 响 惭 滁 谚 捶 榔 趴 瘤 衫 驶 出 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 图11 原
21、子核外电子出现几率的统计结果 涩 桓 殃 禹 阮 骄 捐 幸 钧 吵 蛤 潍 仲 舞 货 六 悟 儿 葛 单 咏 韶 捕 诌 船 走 肤 惕 静 环 艾 配 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 Figure 12 Three representations of the electron probability for a 1s orbital. 睡 尝 怕 剿 名 蜒 袁 差 索 独 深 彰 抹 凄 缸 铸 尽 回 侵 捅 瞬 疵 遭 绑 自 赎 嗅 厚 镐 锰
22、 相 辊 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 Figure 13 Electron probability for a 2s orbital. 梆 饿 淹 公 俘 墒 套 骂 侧 塑 毡 多 蜕 狂 彻 竣 盏 晶 奴 毙 接 秋 表 弟 哼 垃 鬃 诛 宋 肚 衬 兵 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 无 机 化 学 大 学 课 件 第 一 章 原 子 结 构 和 元 素 周 期 律 3. 四个量子数(n、l、m
23、、ms):物理意义、取值范围及相互关系 解薛定谔方程必须先确定三个量子数,即n,l,m ;除此之 外,由于电子还要作自旋运动,因此需引入描述电子自旋特 征的第四个量子数ms自旋量子数自旋量子数。 这些量子数对所描述的电子的能量、原子轨道或电子云 的形状和空间伸展方向以及多电子原子核外电子的排布是非 常重要的,或者说,四个量子数确定了,核外电子的运动状 态就确定了。 (1) 主量子数(n)(principle quantum number) 它是用来描述原子中电子出现概率最大区域离核远近的 参数,或者说,它是确定电子层数的。 n n 的取值为:的取值为:1 1, , 2 2, 3 3, 4 4n
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