1.2.1 氢原子光谱和波尔的原子结构模型课件高二化学鲁科版选修物质结构与性质.ppt

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1、第一章 原子结构,在美丽的城市，我们经常可以看到五光十色的霓虹灯，霓虹灯为什么能发出五颜六色的光？通过本节的学习，将会帮助我们揭开其中的秘密。,【联想.质疑】,第一节 原子结构模型 一、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型,光谱的定义 许多物质都能够吸收光或发射光。为了研究物质的这种性质，人们利用仪器将物质吸收光或发射光的_和_分布记录下来，就得到所谓的光谱。,波长,强度,光谱的应用 在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。在历史上，许多元素是通过原子光谱发现的，如铯(1860年)和铷(1861年)，其光谱图中有特征的蓝光和红光，它们的拉丁文名称由此得名。,【光 谱】,光谱

2、的分类,发射光谱,吸收光谱,光谱的分类 连续光谱：若由光谱仪获得的光谱是由_的光所 组成，且相近的波长差别极小而不能分辨，则所得光谱为,各种波长,连续光谱。例如，阳光形成的光谱即为连续光谱。 线状光谱：若由光谱仪获得的光谱是由具有_ 的、彼此分立的谱线组成，则所得光谱为线状光谱。例如氢原子光谱、氦原子光谱等都是线状光谱。,特定波长,道尔顿原子模型,1803年英国科学家道尔顿（Dalten 17661844）把古代模糊的原子假说发展为科学的原子理论，为近代化学的发展奠定了重要的基础。恩格斯曾誉称他为“近代化学之父”。,原子是组成物质的基本粒子，它们是坚实的、不可再分的实心球。,按照道尔顿的理论，

3、原子是既不能创造，也不能毁灭，又不能再分割的最最基本的物质粒子。 100年后：汤姆逊用发现了电子，并且在各种元素的原子中都有电子。这样看来，原子就不是不可再分的了！也就是说，原子不是最最基本的物质粒子了！,汤姆逊原子模型,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，从而形成了中性原子。,（1903年）,卢瑟福原子模型,原子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，就象行星环绕太阳运转一样。,（1911年）,卢瑟福的原子结构理论遇到的问题,根据已经知道的电磁运动的规律，电子在运动的时候会放出电磁波（能量）。因此，绕着原子核旋

4、转的电子，因为能量逐渐减小，应当沿着一条螺旋形的轨道转动，离中心的原子核越来越近，最后碰在原子核上。这样一来，原子就被破坏了。 实际上，原子很稳定，有一定大小，并没有发生这种电子同原子核碰撞的情况。这又怎样解释呢？,根据卢瑟福的核式原子结构模型和经典的电磁学观点，围绕原子核高速运动的电子一定会自动且连续的辐射能量，氢原子的光谱就应当是由各种波长的光组成，且相近的波长差别极小而不能分辨。,连续光谱,然而，实验表明，氢原子的光谱是由具有特定波长。彼此分立的谱线组成的。,线状光谱,玻尔原子模型,（1913年）,丹麦科学家玻尔(N.Bohr，18851962)第一次认识到氢原子光谱是由氢原子的电子跃迁

5、产生的，并通过纯粹的理论计算得到氢原子光谱的谱线波长，与实验结果几乎完全相同，科学界大为震惊。原子结构理论从此长足发展，最后建立了量子力学，人类历史从此进入了量子时代。,玻尔原子结构模型的基本观点： (1)原子中的电子在具有确定半径的_轨道上绕_运动，并且不辐射能量。 (2)在不同轨道上运动的电子具有_的能量(E)，而且能量是_的。 (3)只有当电子从一个轨道(Ei)_到另一个轨道(Ej)才会辐射或吸收能量。h|EjEi|。,圆周,原子核,不同,量子化,跃迁,玻尔原子模型,（1913年）,电子层,【阅读P3】,光谱形成的原因 原子在正常或稳定状态时，电子尽可能处于能量最低的轨道，这种状态称为_

6、；电子受激发处于能量高于_的状态称为_。原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，跃迁过程中伴随着_的变化。如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来，就形成了光谱。,4,基态,基态,激发态,能量,为什么氢原子光谱是线状光谱？,n=4 n=3 n=2 n=1,吸收能量,释放能量,玻尔的核外电子分层排布的原子结构模型成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的事实，阐明了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁，而电子所处的轨道的能量是量子化的。,用镁粉、碱金属盐及碱土金属盐等可以做成焰火。燃放时，焰火发出五颜六色的光，请用原子结构的知识解释发光的原因：_。,燃烧时，电子获得能量，从能量较低的轨道向能

7、量较高的轨道跃迁，跃迁到能量较高的轨道的电子处于一种不稳定的状态，它随即就会跃达到能量较低的轨道，并向外界以光能的形式释放能量,【现学现用】焰火、霓虹灯探密,在制作霓虹灯时，首先将封装有电极的细长玻璃管内的气体抽出，然后充入情性气体（氦气、氖气、氮气）或水银蒸气。这样，当霓虹灯的电极被加上高电压后，电极中的电子在电场的作用下逸出并撞击气体原子，气体原子中的核外电子被激发，从而产生特定波长的光。（霓红灯的颜色是由充入的气体种类决定的）,【现学现用】焰火、霓虹灯探密,【质疑】,波尔只引入一个量子数n（即能层），解释了氢原子光谱是线状光谱的事实。但用高分辨光谱仪在无外磁场的情况下观察时发现，氢原子的

8、电子由n=2的状态跃迁到n=1的状态时，得到的是两条靠得很近的谱线，这如何解释呢？,在原子中，同一能层的电子，能量也可能不同,还可以把它们分成能级,用nl表示,任一能层的能级总是从s能级开始,同一能层里，能级的能量按s、p、d、f的顺序升高。,能级数=该能层序数,数字,符号,每个原子轨道须由三个只能取整数的量子数n、 l、m共同描述.,原子轨道,原子轨道：量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道,思考： 1、确定核外电子空间运动状态的量子数有哪些？,n l s,2、确定原子轨道能量的量子数有哪些？,3、对于确定的n值，原子轨道数为多少？,n l,n2,【质疑】,在外磁场存在时

9、，无论是氢原子还是多电子原子的光谱原来的一条谱线都可能分裂为多条，为什么？,第二课时 核外电子排布,量子数和原子轨道的关系,1s,2s,2px 2py 2pz,3s,3px 3py 3pz,3dxy 3dyz 3dxz 3dx2-y2 3dz2,比较下列轨道能量的高低, , ,= =,填充合理的量子数 （1）n= _ , l=2 , m=0 , . （2）n=2 , l= _ , m=1, . （3）n= 4 , l=2 , m=0 ,ms = _ （4）n= 2 , l=0 , m=_ , .,2、下列能级中容纳电子数最多的是（ ） A、6S B、5P C、4d D、4f,1、下列能级符号不

10、正确的是（ ） A、6S B、5P C、4d D、3f,D,D,2、下列能级中容纳电子数最多的是（ ） A、6S B、5P C、4d D、4f,1、下列能级符号不正确的是（ ） A、6S B、5P C、4d D、3f,或=3,1,0,电子的排布不是完全按照能层的由小到 大顺序排布的，还与能级填充的顺序有关。,知道了原子核外电子的能层和能级可容纳的最多电子数，是否就可以得出各种原子的电子排布呢？如果原子的核外电子完全按能层次序排布，填满一个能层再开始填下一个能层。那钾原子的电子排布应如何？而实际呢？,【思考】,随原子核电荷数递增，绝大多数原子核外电子的排布遵循如右图的排布顺序,核外电子在原子轨道

11、上的排布遵循能量最低原则,电子排布式 将原子核外的电子排布用能级符号表示出来的式子。,如K的电子排布式为,1s22s22p63s23p64s1,练习：写出：碳、硫、钛（22Ti）的电子排布式,先按能量由低到高填充电子， 再按能层次序书写。,练习：请写出下列元素原子的电子排布式。,钪21Sc： ； 钒23V： ； 锰25Mn： ； 铁26Fe： ； 锌30Zn： ； 砷33As： ；,1s22s22p63s23p63d14s2,1s22s22p63s23p63d34s2,1s22s22p63s23p63d54s2,1s22s22p63s23p63d64s2,1s22s22p63s23p63d10

12、4s2,1s22s22p63s23p63d104s24p3,简化电子排布：,Ne3s1,写出第8号元素氧、第14号元素硅和第26号元素铁的简化电子排布式!,上式方括号里的符号的意义是：,该元素前一个周期的惰性气体电子排布结构,O：He2s22p4 Si：Ne3s23p2 Fe：Ar3d64s2,钠 Na的简化电子排布式：,1s22s22p63s1,钠 Na的电子排布式：,一般用小圆圈(或方框、短线)表示一个确定的_，用“”或“”来区别_不同的电子。,原子轨道,自旋方向,轨道表示式,（又叫电子排布图）,练习：写出：碳、硫、钛（22Ti）的轨道表示式,2、泡利不相容原理 每个轨道最多容纳两个自旋状

13、态不同的电子,3、洪特规则 在能量相同的轨道上排布时，电子尽可能分占不同的轨道，且自旋状态相同,练习：请写出下列元素原子的电子排布图。,钪21Sc， 铬24Cr, 铁26Fe, 铜29Cu, 砷33As,洪特规则的特例：,对于能量相同的轨道(同一电子亚层)，当电子排布处于全满（s2、p6、d10、f14）、半满（s1、p3、d5、f7）、全空（s0、p0、d0、f0）时比较稳定，整个体系的能量最低。,第三课时,1.按能量由低到高的顺序排列，正确的一组是( ) A.1s、2p、3d、4s B.3s、4p、5s、5p C.2s、3s、2p、4s D.4p、3d、4s、2p,B,【温故知新】,2,2

14、,写出Fe、Fe2+、Fe3+、K+、Br-的电子排布式。,1s22s22p63s23p63d64s2 1s22s22p63s23p63d6 1s22s22p63s23p63d5 1s22s22p63s23p6 1s22s22p63s23p63d104s24p6,注意 原子失去电子先失去最外层电子，而不一定先失去最后填的电子。,【试一试】,强化训练 下列各原子或离子的电子排布式不正确的是( ) A.Na+：1s22s22p6 B.Fe3+：1s22s22p63s23p63d34s2 C.S2-：1s22s22p63s23p4 D.Ar：1s22s22p63s23p6,BC,价电子(价电子排布式

15、) 价电子：,【练一练】写出Mn、S、I的外围电子排布式。,3d54s2 3s23p4 5s25p5,与化学性质密切相关的外层原子轨道上的电子，称为价电子。,即能够影响元素化合价的电子,主族元素：价电子即,为最外层电子,过渡元素：,价电子包括最外层电子和次外层d能级电子,为了便于研究化学性质与核外电子间的关系，人们常常只表示出原子的价电子排布,我们知道了核外电子排布，那核外电子是如何运动的呢？,电子在核外空间运动会不会和宏观物体一样呢？,思考：,宏观物体的运动特征：,可以准确地测出它们在某一时刻所处的 位置及运行的速度； 可以描画它们的运动轨迹。,电子云与原子轨道, 核外电子质量小(只有9.1

16、110-31 kg)，运动空间小（相对于宏观物体而言），运动速率大(近光速)。,1.核外电子运动的特征,无确定的轨道，无法描述其运动轨迹。,无法计算电子在某一刻所在的位置，只能确定它出现在原子核外空间各处的概率（即在核外空间某处出现机会的多少),测不准原理(海森堡),电子云与原子轨道,运用统计学的方法研究核外电子的运动,1、图中的一个小黑点是表示一个电子吗？,一个小黑点表示电子在这里出现过一次,2、小黑点的疏密代表：,小黑点的疏密表示电子在核外空间单位体积内出现的概率（概率密度）的大小。,电子在原子核外一定空间范围内出现的概率统计起来，好似在原子核外笼罩着一团带负电的云雾，,形象称为“电子云”

17、,电子出现的概率分布图,电子云实际存在吗？,思考？,电子云只是形象地表示 电子出现在各点的概率密度分布的高低,而实际上并不存在。,电子云与原子轨道,电子云形状 s电子云呈球形，在半径相同的球面上，电子出现的机会相同； p电子云呈纺锤形(或无柄亚铃形)； d电子云是花瓣形； f电子云更为复杂,电子云轮廓图的制作,常把电子出现的概率约为90%的空间圈出来，人们把这种电子云轮廓图称为原子轨道。,电子云与原子轨道,原子轨道图,s轨道( l =0, m=0 ) : 球形 m一种取值, 空间一种取向, 一个s 轨道.,能层序数越大原子轨道的半径_,所有的S能级原子轨道都是 形的，,球,1,S能级只有个轨道

18、,大,P原子轨道是_形,每个P能级有_个轨道，它们互相垂直， 分别以_、_、_为符号。,纺锤,P原子轨道的平均半径也随能层序数增大而_,3,增大,在同一能层中 P x,Py,PZ的能量_。,相同,哑铃形,p轨道(l =1,m = 0、+1、-1) m三种取值,三种取向,三个等价(简并)p轨道,P能级的原子轨道图,P能级的3个原子轨道P x,Py,PZ合在一起的情形.,d 轨道(l = 2, m = +2、+1、 0、-1、-2) m 五种取值, 空间五种取向, 五个等价(简并) d 轨道.,f 轨道 ( l = 3, m = +3、 +2、 +1、0、 -1、 -2、-3 ) m 七种取值, 空间七种取向, 七个等价(简并) f 轨道.,各能级包含的原子轨道数：,3、原子轨道的图形描述 原子中单个电子的运动状态是用原子轨道描述的，而原子轨道实际上是用函数来表示的。 把原子轨道的空间分布在直角坐标系中表示出来：,