原子结构讲课(教育精品).ppt

第一章第一章 原子结构与性质原子结构与性质第一节第一节 原子结构原子结构 第一课时第一课时 1-3.原子结构模型的演变原子结构模型的演变科学探索科学探索物质是由什么构成的？物物质是由什么构成的？物质是否无限可分质是否无限可分 1-3.原子结构模型的演变原子结构模型的演变德谟克利特德谟克利特公元前公元前公元前公元前5 5世纪，希腊哲世纪，希腊哲学家德谟克利特等人学家德谟克利特等人认为认为 ：万物是由大量：万物是由大量的不可分割的微粒构的不可分割的微粒构成的，即原子。成的，即原子。在你眼中在你眼中?在化学家眼中在化学家眼中?OHH+-1-3.原子结构模型的演变原子结构模型的演变一滴水一滴水【你知道吗你知道吗】水由水分子构成水由水分子构成食盐由食盐由NaNa+、ClCl-离子构成离子构成铜是由铜原铜是由铜原子直接构成子直接构成CuCuNaClNaCl 1-3.原子结构模型的演变原子结构模型的演变化学家已经发现和创化学家已经发现和创造造3500035000多万种化学物多万种化学物质，其中两千多万种质，其中两千多万种化学物质大多数由原化学物质大多数由原子构成子构成,而人类对原子而人类对原子的认识和探索已经历的认识和探索已经历了了25002500多年直到多年直到2020世纪世纪8080年代，科学家年代，科学家才用扫描隧道显微镜才用扫描隧道显微镜观察到物体表面的原观察到物体表面的原子子 1-3.原子结构模型的演变原子结构模型的演变把把Si表面原子拔出表面原子拔出,写出最小的汉字写出最小的汉字原子结构理论模型发展史：18051805年年 道尔顿的原子模型道尔顿的原子模型 微小的、不可再分的实心球体。微小的、不可再分的实心球体。19041904年年 汤姆生的葡萄干布丁模型汤姆生的葡萄干布丁模型 正电荷像流体一样均匀分布在原子中，正电荷像流体一样均匀分布在原子中，电子就像葡萄干一样散布在正电荷中，它们电子就像葡萄干一样散布在正电荷中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。的负电荷与那些正电荷相互抵消。19111911年年 卢瑟福的核式结构模型卢瑟福的核式结构模型原子的全部正电荷在原子核内，且几原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部，带负电乎全部质量均集中在原子核内部，带负电的电子在核空间进行高速的绕核运动。的电子在核空间进行高速的绕核运动。1-3.原子结构模型的演变原子结构模型的演变宇宙大爆炸一、一、原子的诞生原子的诞生宇宙大爆炸 19321932年年勒勒梅梅特特首首次次提提出出了了现现代代宇宇宙宙大大爆爆炸炸理理论论：整整个个宇宇宙宙最最初初聚聚集集在在一一个个“原原始始原原子子”中中，后后来来发发生生了了大大爆爆炸炸，碎碎片片向向四四面面八八方方散散开开，形形成成了了我我们们的的宇宇宙宙。大大爆爆炸炸后后两两小小时时，诞诞生生了了大大量量的的H H、少少量量的的HeHe及及极极少少量量的的Li Li，然然后后经经过过长长或或短短的的发发展展过过程程，以以上上元元素素发发生生原原子子核核的的熔熔合合反应，分期分批的合成了其它元素。反应，分期分批的合成了其它元素。宇宙大爆炸阅阅读读课课本本后后回回答答：氢氢元元素素宇宇宙宙中中最最丰丰富富的的元元素素占占88.6%88.6%（氦氦1 18 8），另另外外还还有有9090多多种种元元素素，宇宇宙宙年年龄龄距距近近约约140140亿亿年年，地地球球年年龄已有龄已有4646亿年。亿年。思考？思考？有谁知道宇宙中最丰富的元素是那一种？有谁知道宇宙中最丰富的元素是那一种？宇宙年龄有多大？地球年龄有多大？宇宙年龄有多大？地球年龄有多大？回答：回答：1、概念：原子是化学变化中的最小微粒。、概念：原子是化学变化中的最小微粒。（1）原子是构成物质的一种基本微粒。）原子是构成物质的一种基本微粒。（2）原子可以构成分子。）原子可以构成分子。（3）原子在化学反应中不能再分。）原子在化学反应中不能再分。（4）在化学反应中，反应前后原子的种类不变，原子的数目不变。）在化学反应中，反应前后原子的种类不变，原子的数目不变。（5）原子和分子的主要区别是：分子在化学反应中可再分成原子，）原子和分子的主要区别是：分子在化学反应中可再分成原子，而原子不能再分。而原子不能再分。一一.原子原子原子原子2、结构：原子尽管很小，用化学方法不能再分，但用其它方法可、结构：原子尽管很小，用化学方法不能再分，但用其它方法可 以再分。以再分。（1）的空间内做这高速运动的空间内做这高速运动在核外一个相对很大在核外一个相对很大核外电子核外电子积的十万分之一积的十万分之一体积很小约占原子体体积很小约占原子体中子中子质子质子原子核原子核原子原子二二 能层与能级能层与能级能层是将核外电子按电子能量差异分成的是将核外电子按电子能量差异分成的能层一一二二三三四四五五 六六 七七、符号KLMNOPQ、容纳最多电子数28183250、每一能层容纳最多电子数每一能层容纳最多电子数能级与最多容纳电子数能级与最多容纳电子数在同一能层中，能量也可能不同，又可以把它们分为不同能级一一 二二 三三 四四 五五1 1、原原子子核核外外电电子子的的每每一一能能层层最最多多可可容容纳纳的的电子数与能层序数电子数与能层序数n n存在什么关系？存在什么关系？2 2、不不同同的的能能层层分分别别有有多多少少个个能能级级，与与能能层层的序数的序数n n存在什么关系？存在什么关系？3 3、s s、p p、d d、f f能级所容纳的电子数怎样？能级所容纳的电子数怎样？4 4、每一个能层所包含能级从哪个能级开始、每一个能层所包含能级从哪个能级开始 的？依次是什么能级？的？依次是什么能级？5 5、“4f 8”“4f 8”的含义是什么？的含义是什么？学与问：学与问：（1）各电子层最多能容纳各电子层最多能容纳2n2个电子。个电子。即：电子层序号即：电子层序号 1 2 3 4 5 6 7 代表符号代表符号 K L M N O P Q 最多电子数最多电子数 2 8 18 32 50 72 98（2）最外层电子数目不超过最外层电子数目不超过8个（个（K层为最外层时层为最外层时 不超过不超过2个）；次外层电子数最多不超过个）；次外层电子数最多不超过18 个；倒数第三层不超过个；倒数第三层不超过32个。个。原子核外电子排布规律：原子核外电子排布规律：（3）核外电子总是尽先排满能量最低、离核最近核外电子总是尽先排满能量最低、离核最近 的电子层，然后才由里往外，依次排在能量的电子层，然后才由里往外，依次排在能量 较高电子层。而失电子总是先失最外层电子。较高电子层。而失电子总是先失最外层电子。注意：注意：以上几点是相互联系的，不能孤立地理解，以上几点是相互联系的，不能孤立地理解，必须同时满足各项要求。必须同时满足各项要求。课堂练习根据核外电子排布规律，写出16S、18Ar、19K、26Fe的原子结构示意图答案：+162 8 616S+182 8 818Ar+1912 8 819K+2622 8 1426Fe三三 构造原理与电子排布式构造原理与电子排布式 随着原子核数的增随着原子核数的增加，绝大多数元素的核加，绝大多数元素的核外电子的排布将遵循外电子的排布将遵循右右图图的排布顺序，称为的排布顺序，称为构构造原理造原理。电电子子填填充充的的先先后后顺顺序序（构构 造造 原原 理理）：1 1s s 2 2s s2 2p p3 3s s3 3p p4 4s s3 3d d4 4p p 5 5s s4 4d d5 5p p6 6s s4 4f f5 5d d6 6p p 7 7s s5 5f f6 6d d7 7p p比较同能层，不同能层s,p,d能量高低？多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道能量的高低存在如下规律：轨道能量的高低存在如下规律：相同电子层上相同电子层上能级能能级能量的高低量的高低：ns ns np np nd nd nf nf不同电子层上能级能量高低不同电子层上能级能量高低：1s1s 2s2s 3s3s 4s4s 2p 2p 3p3p 4p 3d4p 3d 4d4dnsns(n-2)f(n-2)f(n-1)d(n-1)d npnp原子序数元素名称元素符号电子排布KLMNO1氢H1s12氦He1s23锂Li1s22s14铍Be5硼B1s22s22p110氖Ne1s22s22p611钠Na12镁Mg1s22s22p63s213铝Al 1 1、元元素素周周期期表表中中钠钠的的电电子子排排布布写写成成Ne3sNe3s1 1，是是什什么么意义？模仿写出意义？模仿写出8 8号、号、1414号、号、2626元素简化的电子排布式？元素简化的电子排布式？2 2、查查元元素素周周期期表表中中铜铜、铬铬外外围围电电子子排排布布，它它们们是是否否符符合构造原理，你从中总结出什么规律？合构造原理，你从中总结出什么规律？思考：思考：1 1、稀稀有有气气体体结结构构，OO：He He 2s2s2 22p2p4 4 Si Si：Ne Ne 3s3s2 23p3p2 2 FeFe：Ar 3dAr 3d6 64s4s2 2。2 2、CuCu：Ar3dAr3d10104s4s1 1 CrCr：Ar3dAr3d5 54s4s1 1 如如CuCu根据构造原理根据构造原理先排先排4s4s再排再排3d3d，实际上采取了，实际上采取了3d3d全充满，全充满，4s4s半充满的状态。半充满的状态。交流：交流：第二课时第二课时第一节第一节 原子结构原子结构节日焰火与核外电子发生跃迁有关。节日焰火与核外电子发生跃迁有关。节日五颜六色的焰火是否是化学变化节日五颜六色的焰火是否是化学变化？若不是化学变化，与电子存在什么关？若不是化学变化，与电子存在什么关系？系？讨论讨论:回答回答:各种焰色反应是由对应的各种元素决定的。钙、各种焰色反应是由对应的各种元素决定的。钙、锶、钡以及碱金属的挥发性化合物在高温火焰中，锶、钡以及碱金属的挥发性化合物在高温火焰中，接受了能量，使原子外层的电子从基态激发到了高接受了能量，使原子外层的电子从基态激发到了高态，该电子处于激发态；处于激发态的电子是十分态，该电子处于激发态；处于激发态的电子是十分不稳定的，在极短的时间内（约不稳定的，在极短的时间内（约1010s s）便跃迁到）便跃迁到基态或较低的能级上，并在跃迁过程中将能量以一基态或较低的能级上，并在跃迁过程中将能量以一定波长的光能形式释放出来。由于各种元素的能级定波长的光能形式释放出来。由于各种元素的能级是被限定的，因此在向基态跃迁时释放的能量也就是被限定的，因此在向基态跃迁时释放的能量也就不同。碱金属及碱土金属的能级差正好对应于可见不同。碱金属及碱土金属的能级差正好对应于可见光范围，于是我们就看到了各种色彩。光范围，于是我们就看到了各种色彩。激光的产生与电子跃迁有关激光的产生与电子跃迁有关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1868年年8 8月月1818日日，法法国国天天文文学学家家詹詹森森赴赴印印度度观观察察日日全全食食，利利用用分分光光镜镜观观察察日日珥珥，从从黑黑色色月月盘盘背背面面如如出出的的红红色色火火焰焰，看看见见有有彩彩色色的的彩彩条条，是是太太阳阳喷喷射射出出来来的的帜帜热热其其他他的的光光谱谱。他他发发现现一一条条黄黄色色谱谱线线，接接近近钠钠光光谱谱总总的的D1D1和和D2D2线线。日日蚀蚀后后，他他同同样样在在太太阳阳光光谱谱中中观观察察到到这这条条黄黄线线，称称为为D3D3线线。18681868年年1010月月2020日日，英英国国天天文文学学家家洛洛克克耶耶也也发发现现了了这这样样的的一条黄线。一条黄线。经过进一步研究，认识到是一条不属于任何已知元素的新经过进一步研究，认识到是一条不属于任何已知元素的新线，是因一种新的元素产生的，把这个新元素命名为线，是因一种新的元素产生的，把这个新元素命名为 helium，来自希腊文，来自希腊文helios（太阳），元素符号定为（太阳），元素符号定为He。这是第一个在地球以外，在宇宙中发现的元素。为了纪。这是第一个在地球以外，在宇宙中发现的元素。为了纪念这件事，当时铸造一块金质纪念牌，一面雕刻着驾着四念这件事，当时铸造一块金质纪念牌，一面雕刻着驾着四匹马战车的传说中的太阳神阿波罗（匹马战车的传说中的太阳神阿波罗（Apollo）像，另一面）像，另一面雕刻着詹森和洛克耶的头像，下面写着：雕刻着詹森和洛克耶的头像，下面写着：1868年年8月月18日太阳突出物分析。日太阳突出物分析。光谱分析光谱分析利用原子光谱线上的特征谱线来鉴定元素。利用原子光谱线上的特征谱线来鉴定元素。阅阅读读科科学学史史话话玻玻尔尔与与光光谱谱。体体会会“类类比比”是是一一种种科学思维方法；体会理论对实验的指导意义。科学思维方法；体会理论对实验的指导意义。拓展：1、光谱：按一定次序排列的彩色光带。2、光谱分析：由于每一种元素都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成。这种方法叫做光谱分析。3、光谱分析的的原理：利用发射光谱和吸收光谱。4、光谱分析的应用：发现新元素和研究天体的化学组成。电子云与原子轨道电子云与原子轨道:1 1、电电子子运运动动特特点点：只只能能通通过过确确定定它它在在原原子子核核外外各各处处出出现现的的概概率率，而而无无法法确确定定某某个个时时刻刻处处于于原原子子核核外外空间空间核核处。处。1s电子在原子核外出现的概率分布图电子在原子核外出现的概率分布图 s s电子轨道都是球形的电子轨道都是球形的 p能级原子轨道图能级原子轨道图 d d原子轨道是原子轨道是花瓣形的；花瓣形的；f f轨道形状更复杂。轨道形状更复杂。S S原原子子轨轨道道最最多多能能容容纳纳2 2个个电电子子；p p原原子子轨轨道道最最多多能能容容纳纳6 6个个电电子子；d d原原子子轨轨道道最最多能容纳多能容纳1010个电子。个电子。泡泡利利不不相相容容原原理理：一一个个原原子子轨轨道道里里最最多多容容纳两个电子，且自旋方向相反。纳两个电子，且自旋方向相反。洪洪特特规规则则：当当电电子子排排布布在在同同一一能能级级的的不不同同轨轨道道时时，总总是是优优先先占占据据一一个个轨轨道道，而而且且自自旋旋方向相同。方向相同。一个原子轨道可用一个一个原子轨道可用一个表示，如表示，如OO：（4 4）电子自旋：）电子自旋：原子核外电子还有一种称为原子核外电子还有一种称为“自旋自旋”的运动。的运动。原子核外电子的自旋可以有两种不原子核外电子的自旋可以有两种不同的状态，通常人们用向上箭头同的状态，通常人们用向上箭头“”和向下箭头和向下箭头“”来表示这两种不同的来表示这两种不同的自旋状态。自旋状态。每个轨道最多只能容纳两个自旋状每个轨道最多只能容纳两个自旋状态不同的电子态不同的电子电子平行自旋：电子平行自旋：电子反向自旋：电子反向自旋：电子的自旋状态电子的自旋状态电子层电子层原子轨原子轨道类型道类型原子轨道原子轨道数目数目可容纳的可容纳的电子数目电子数目1 1 K K1s1s2 2 L L2s2s，2p2p3 3 M M3s3s，3p3p，3d3d4 4 N N4s4s，4p4p，4d4d，4f4fn n1 12 24 48 89 9181816163232n n2 22n2n2 2总结：总结：各电子层包含的原子轨道数目和可容纳的电子数各电子层包含的原子轨道数目和可容纳的电子数