基础化学第6章原子结构.ppt
第 6 章原 子 结 构目 录6.1 概述6.2 核外电子运动状态的描述6.3 多电子原子的能级6.4 多电子原子的核外电子排布规则6.5 原子的电子构型和周期律6.6 主要的原子参数及其变化规律6.1 概述6.1.1 卢瑟福的含核原子模型 卢瑟福“太阳-行星模型”的要点：1.所有原子都有一个核即原子核 2.核的体积只占整个原子体积极小 的一部分；3.原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上；4.电子像行星绕着太阳那样绕核运动。在对粒子散射实验结果的解释上,卢瑟福的原子模型的成功是显而易见的,至少要点中的前三点是如此。根据当时的物理学概念,带电微粒在力场中运动时总要产生电磁辐射并逐渐失去能量,运动着的电子轨道会越来越小,最终将与原子核相撞并导致原子毁灭。由于原子毁灭的事实从未发生,将经典物理学概念推到前所未有的尴尬境地。波的微粒性电磁波是通过空间传播的能量。可见光只不过是电磁波的一种。电磁波在有些情况下表现出连续波的性质，另一些情况下则更像单个微粒的集合体，后一种性质叫作波的微粒性。普朗克量子论1900年,普朗克(Plank M)提出著名的普朗克方程：E=hv式中的h叫普朗克常数其值为6.62610-34 Js。普朗克认为,物体只能按hv的整数倍(例如1hv,2hv,3hv等)一份一份地吸收或释出光能,而不可能是0.5 hv,1.6 hv,2.3 hv等任何非整数倍。即所谓的能量量子化概念。普朗克提出了当时物理学界一种全新的概念,但它只涉及光作用于物体时能量的传递过程(即吸收或释出)。光电效应 爱因斯坦认为,入射光本身的能量也按普朗克方程量子化,并将这一份份数值为1hv的能量叫光子,一束光线就是一束光子流.频率一定的光子其能量都相同,光的强弱只表明光子的多少,而与每个光子的能量无关。爱因斯坦对光电效应的成功解释最终使光的微粒性为人们所接受。1905年,爱因斯坦(Einstein A)成功地将能量量子化概念扩展到光本身,解释了光电效应。波的微粒性 导致了人们对波的深层次认识，产生了讨论波的微粒性概念为基础的学科 量子力学。Einstein 的光子学说电子微粒性的实验Plank 的量子论已知光子的能量：E=h；c=光子的动量：P=mc 故 P=E/c=h/c=h/波粒二象性 核外电子运动的特性1、光子的二象性：20世纪初人们根据光的干涉、衍射和光电效应等大量实验认识到光既有波动的性质，又有微粒子的性质，即光的波粒二象性。按照相对论的质能联系定律：E=mc2；m=E/c22、实物粒子的波粒二象性对于质量为对于质量为mm，速度为，速度为vv的微粒，其波长可用下式求得：的微粒，其波长可用下式求得：=h/mv=h/mv 这种波称为德布罗意波或物质波。这种波称为德布罗意波或物质波。H+H H-D He波尔以波的微粒性（即能量量子化概念）为基础建立了氢原子模型。薛定谔等则以微粒波动性为基础建立起原子的波动力学模型。波粒二象性的重要性在于 玻尔原子模型1、玻尔原子模型的建立爱因斯坦的光子学说 普朗克的量子化学说 氢原子的光谱实验 卢瑟福的有核模型Bohr在的基础上，建立了Bohr理论波粒二象性22、玻尔理论玻尔理论(三个假设三个假设)11、定态轨道的假设：原子中的每个电子，都是围绕原子、定态轨道的假设：原子中的每个电子，都是围绕原子核在一个固定的、有一定能量和有特定半径的定态圆形轨核在一个固定的、有一定能量和有特定半径的定态圆形轨道上运动的。每个轨道表达（描述）了原子中电子的一种道上运动的。每个轨道表达（描述）了原子中电子的一种固定的运动状态。固定的运动状态。22、轨道能量的假设：轨道能量符合量子化特点。轨道所、轨道能量的假设：轨道能量符合量子化特点。轨道所具有的能量随轨道离核距离不同而不同。离核越远的轨道具有的能量随轨道离核距离不同而不同。离核越远的轨道能量越高。能量越高。33、能量的吸收和释放的假设：电子运动时所处的能量状、能量的吸收和释放的假设：电子运动时所处的能量状态称为能级。在正常情况下，电子是在离核最近、能量最态称为能级。在正常情况下，电子是在离核最近、能量最低的轨道上运动的。此时电子既不释放能量，也不吸收能低的轨道上运动的。此时电子既不释放能量，也不吸收能量，处于稳定状态，称为基态（量，处于稳定状态，称为基态（n=1n=1的轨道）的轨道）玻尔模型认为,只有当电子从较高能态(E2)向较低能态(E1)跃迁时,原子才能以光子的形式放出能量,光子能量的大小决定于跃迁所涉及的两条轨道间的能量差：E=E2 E1=h E:轨道的能量：光的频率 h:Planck常量3、玻尔理论成功之处 计算氢原子的电离能 解释了 H 及 He+、Li2+、B3+的原子光谱波型 H H H H计算值/nm 656.2 486.1 434.0 410.1实验值/nm 656.3 486.1 434.1 410.2 说明了原子的稳定性 对其他发光现象（如射线的形成）也能解释4、玻尔理论不足之处 不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂 不能解释氢原子光谱的精细结构 不能解释多电子原子的光谱 19271927年德国的物理学家海森堡提出了量子力学中的一年德国的物理学家海森堡提出了量子力学中的一个重要关系式个重要关系式 测不准关系：测不准关系：x.x.P h/4P h/4 该式表明：粒子位置的测定准确度越大该式表明：粒子位置的测定准确度越大(x x 越小越小)，则其相应的动量的准确度就越小则其相应的动量的准确度就越小(PP越大越大)，反之亦然，反之亦然 测不准原理 量子力学从微观粒子具有波粒二象性出发，认为微量子力学从微观粒子具有波粒二象性出发，认为微 观粒子的运动状态可用波函数观粒子的运动状态可用波函数(x,y,z)(x,y,z)来来描述。描述。波函数可波函数可通过量子力学的基本方程求解。通过量子力学的基本方程求解。薛定谔方程19261926年，奥地利科学家薛定谔年，奥地利科学家薛定谔(E.Schr dinger)(E.Schr dinger)在考虑实在考虑实物粒子的波粒二象性的基础上，通过光学和力学的对比，物粒子的波粒二象性的基础上，通过光学和力学的对比，把微粒的运动用类似于表示光波动的运动方程来描述。它把微粒的运动用类似于表示光波动的运动方程来描述。它的具体形式如下：的具体形式如下：62 核外电子运动状态的描述 这便是著名的薛定谔方程式，式中：E是体系的总能量；V是体系的势能；m为微粒的质量。波函数和原子轨道（11）波函数：解薛定谔方程所得出的）波函数：解薛定谔方程所得出的是一系列的函数是一系列的函数表达式而不是一个个数值，称表达式而不是一个个数值，称为波函数，它并没有实际为波函数，它并没有实际的物理意义。的物理意义。是描述原子核外电子运动状态的数学函数式，是空是描述原子核外电子运动状态的数学函数式，是空间坐标（间坐标（XX，YY，ZZ）的函数。）的函数。（22）原子轨道：在量子力学中，把原子体系中的每一个）原子轨道：在量子力学中，把原子体系中的每一个这种波函数叫原子轨道，代表微粒的一种运动状，是一这种波函数叫原子轨道，代表微粒的一种运动状，是一种概率的量度。种概率的量度。波函数和原子轨道是同义词，用（X，Y，Z）表示。具体应用时，应注以量子数下标。n,l,m（X，Y，Z）合理地描述了核外电子运动状态。它是薛定谔方程的特定解。几率密度和电子云1、几率：电子在空间某一区域出现的机会称为几率。例如，在氢原子中，电子在l等于0的球体内出现的机会是90%，所以在该球体内出现的几率为0.9。2、几率密度：电子在核外某处单位体积内出现的几率称为该处的几率密度。这就是波函数绝对值的平方2的物理意义。3、电子云：电子在核外出现几率密度的大小的疏密的表示，电子出现几率密度大的区域用密集的小点来表示；电子出现几率密度小的区域用稀疏的小点来表示，这样绘成 的图形称为电子云。所以电子云是几率密度的图形表示
