第一节原子结构模型课件.ppt

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1、第第1章章 原子结构原子结构 第一节、原子结构模型第一节、原子结构模型用已有知识描述原子构成和核用已有知识描述原子构成和核外电子的运动状态外电子的运动状态 人类从上古时代起就开始了关于物质结构人类从上古时代起就开始了关于物质结构的探讨。的探讨。到到2020世纪初世纪初,英国物理学英国物理学卢瑟福根据卢瑟福根据 粒子衍射粒子衍射现象提出了现象提出了“核式原子模型核式原子模型核式原子模型核式原子模型”19131913年丹麦玻尔提出了核外电子分层排布年丹麦玻尔提出了核外电子分层排布的的玻尔模型。玻尔模型。玻尔模型。玻尔模型。直到直到2020世纪世纪3030年代，以微观粒子波粒二象年代，以微观粒子波粒

2、二象性为基础发展起来的量子力学，才建立了比性为基础发展起来的量子力学，才建立了比较符合微观世界实际的较符合微观世界实际的量子力学模型量子力学模型量子力学模型量子力学模型 （1926192619261926）。）。）。）。1803年英国化学家年英国化学家道尔顿原子学说道尔顿原子学说1903年英国物理学家汤姆逊年英国物理学家汤姆逊“葡萄干布丁葡萄干布丁”模型模型探讨内部结构探讨内部结构葡萄干布丁葡萄干布丁核式原子模型核式原子模型葡萄干布丁模型葡萄干布丁模型葡萄干布丁模型葡萄干布丁模型ThomsonThomson模型模型模型模型（18981898年）年）年）年）西瓜模型西瓜模型西瓜模型西瓜模型 葡萄

3、干布丁模型葡萄干布丁模型葡萄干布丁模型葡萄干布丁模型正电荷均匀分布于原子球体内，电子嵌正电荷均匀分布于原子球体内，电子嵌正电荷均匀分布于原子球体内，电子嵌正电荷均匀分布于原子球体内，电子嵌于其中。于其中。于其中。于其中。有核原子模型有核原子模型1911年卢瑟福根据年卢瑟福根据a a粒子轰粒子轰击原子实验，建立了击原子实验，建立了有核有核原子模型。原子模型。金箔金箔金箔金箔a a a a粒子源粒子源粒子源粒子源真空真空真空真空铅盒铅盒铅盒铅盒原子中央有一个体积非原子中央有一个体积非 常常小的、带正电荷的小的、带正电荷的原子核原子核；在原子核周围很大空间里在原子核周围很大空间里存在着围绕原子核运动

4、的存在着围绕原子核运动的电子电子。行星模型行星模型行星模型行星模型（1）、光的本质）、光的本质通常所说的光指可见光，波长通常所说的光指可见光，波长400700nm电磁波（可见光、红外、紫外、电磁波（可见光、红外、紫外、X射线射线.）不同的光波长或频率）不同的光波长或频率不同不同质疑：原子在一定条件能发光吗？原子质疑：原子在一定条件能发光吗？原子 发光的基本特点是发光的基本特点是 什么？什么？红红、橙橙、黄黄、绿绿、青青、蓝蓝、紫紫红外红外紫外紫外波长依次减小波长依次减小（2 2）光谱及其分类）光谱及其分类）光谱及其分类）光谱及其分类光谱光谱光谱光谱（spectrumspectrum）利用光谱仪

5、将物质吸收光或发射光的波利用光谱仪将物质吸收光或发射光的波利用光谱仪将物质吸收光或发射光的波利用光谱仪将物质吸收光或发射光的波长（频率）和强度分布记录下来得到的长（频率）和强度分布记录下来得到的长（频率）和强度分布记录下来得到的长（频率）和强度分布记录下来得到的关系图关系图关系图关系图光源光源光源光源分光器（棱镜或光栅）分光器（棱镜或光栅）分光器（棱镜或光栅）分光器（棱镜或光栅）纪录仪纪录仪纪录仪纪录仪（感光（感光（感光（感光底片或底片或底片或底片或光电纪光电纪光电纪光电纪录器）录器）录器）录器）光谱仪光谱仪光谱仪光谱仪按光谱结构分类按光谱结构分类按光谱结构分类按光谱结构分类连续光谱连续光谱连

6、续光谱连续光谱固体热辐射固体热辐射固体热辐射固体热辐射线状光谱线状光谱线状光谱线状光谱原子发光原子发光原子发光原子发光 一、一、氢原子光谱和玻尔原子结构模型氢原子光谱和玻尔原子结构模型 1 1、氢原子光谱氢原子光谱卢瑟福的核式原子结构模型能否解释卢瑟福的核式原子结构模型能否解释氢原子光谱是线状光谱而不是连续光谱？氢原子光谱是线状光谱而不是连续光谱？波尔理论波尔理论1913年丹麦科学家波尔年丹麦科学家波尔(N.bohr)根据根据氢原子光线状光谱的实验事实和普朗氢原子光线状光谱的实验事实和普朗克的克的“量子论量子论”提出著名的提出著名的“波尔理波尔理论论”，认为核外电子是分层排布的。，认为核外电子

7、是分层排布的。2、玻尔原子结构模型、玻尔原子结构模型1.电子围绕原子核作电子围绕原子核作圆形轨道运动圆形轨道运动。在一定轨。在一定轨 道上运动的电子道上运动的电子并不发生电磁辐射并不发生电磁辐射。2.在不同轨道上运动的电子具有不同的在不同轨道上运动的电子具有不同的能量能量。其能量为：。其能量为：E=-13.6/n2（ev）n=1,2,3,4 正整数（量子数）正整数（量子数）电子处在电子处在n=1的轨道时能量最低叫的轨道时能量最低叫基态基态，其余的叫，其余的叫激发态激发态。电子具有的电子具有的能量是量子化能量是量子化的，即的，即“一份一份一份一份”的，的，不能任意不能任意连续变化连续变化而只能取

8、某些不连续的数值而只能取某些不连续的数值 轨道假设轨道假设4 3 2 1E4E3E2E1跃迁假设跃迁假设4 3 2 1 h=E初初 E未未电子在不同轨道之间跃迁，以电磁电子在不同轨道之间跃迁，以电磁电子在不同轨道之间跃迁，以电磁电子在不同轨道之间跃迁，以电磁辐射形式吸收或发射能量。辐射形式吸收或发射能量。辐射形式吸收或发射能量。辐射形式吸收或发射能量。3.在正常情况下，原子中的电子处于基态，当电在正常情况下，原子中的电子处于基态，当电子受到激发时就可以从基态跳到激发态。激发子受到激发时就可以从基态跳到激发态。激发态的电子并不稳定，它会发生电磁辐射放出光态的电子并不稳定，它会发生电磁辐射放出光子

9、，直接或逐步跳回基态，放出光子所具有的子，直接或逐步跳回基态，放出光子所具有的能量等于两个轨道的能量差。即：能量等于两个轨道的能量差。即：玻尔理论的玻尔理论的成就成就1.成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验实事。验实事。2.首先指出了原子光谱源自核外电子在能量首先指出了原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间跃迁，而电子所处轨道的能不同的轨道之间跃迁，而电子所处轨道的能量是量子化。量是量子化。玻尔理论能否解释其他原子的光谱现象呢？玻尔理论能否解释其他原子的光谱现象呢？玻尔理论的最大的局限玻尔理论的最大的局限1.不能说明多电子原子的光谱，甚至不能说明氢光谱不

10、能说明多电子原子的光谱，甚至不能说明氢光谱的精细结构。的精细结构。2.它对电子能量描述很能粗略，只有一个量子数。它对电子能量描述很能粗略，只有一个量子数。这是因为波尔理论并未完全冲破经典力这是因为波尔理论并未完全冲破经典力学理论的束缚，仍然把微观粒子学理论的束缚，仍然把微观粒子(电子电子)在原在原子核外的运动视为子核外的运动视为太阳系模型太阳系模型那样沿着固定那样沿着固定轨道绕核旋转。轨道绕核旋转。学习本节课后你对原子结构和核外电子运动学习本节课后你对原子结构和核外电子运动有那些新的认识？其他收获？有那些新的认识？其他收获？1、体验科学家科学探究的过程和方法、体验科学家科学探究的过程和方法2、

11、原子核外电子在一定条件下，在不同的、能量量、原子核外电子在一定条件下，在不同的、能量量 子化的轨道上会发生跃迁产生原子光谱子化的轨道上会发生跃迁产生原子光谱3、初步建立了量子化的概念、初步建立了量子化的概念身边的化学身边的化学霓虹灯霓虹灯为什么发出为什么发出五颜五颜六色六色的光？的光？1、玻尔理论的主要内容？、玻尔理论的主要内容？3、据玻尔理论：、据玻尔理论：（1)钠原子钠原子n=4的状态的电子跃迁到的状态的电子跃迁到n=3的状态产生的状态产生 几条谱线？几条谱线？（2）氢原子的电子有）氢原子的电子有n2跃迁到跃迁到n1产生几条谱线？产生几条谱线？质疑质疑p5-62、玻尔理论的成就是什么？、玻

12、尔理论的成就是什么？二、量子力学对核外电子运动状态的描述二、量子力学对核外电子运动状态的描述1、原子轨道描述单个电子的空间运动、原子轨道描述单个电子的空间运动状态，每个原子轨道由三个只能取整数的状态，每个原子轨道由三个只能取整数的量子数量子数n、m、l 共同描述。共同描述。2、四个量子数、四个量子数主量子数主量子数n的取值为的取值为1,2,3正整数。对应符号正整数。对应符号K,L,M,N,O,P.它描述了原子中电子离核的远近。它描述了原子中电子离核的远近。n值越大，电子离核的平均距离越大、能量越高。值越大，电子离核的平均距离越大、能量越高。n值所表示的电子的运动状态称为值所表示的电子的运动状态

13、称为“电子层电子层”。1.主量子数主量子数 n取值：由取值：由n决定，共有决定，共有n个值：个值：0，1，2，3，4，.，(n-1)对应符号：对应符号：s,p,d,f.n ,l 共同决定电子的能量共同决定电子的能量能级能级：表示具有相同：表示具有相同n ,l 值的电子的运动状态值的电子的运动状态 在一个电子层中在一个电子层中 l 有多少个值有多少个值 该层就有多少个能级该层就有多少个能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f与与n表示电子层相应，角量子数就表示同一电子层的不同表示电子层相应，角量子数就表示同一电子层的不同“电电子亚层子亚层”。在同一电子层中将相同角量子数。

14、在同一电子层中将相同角量子数l的各原子轨道归并的各原子轨道归并起来，称它们属于同一个起来，称它们属于同一个“电子亚层电子亚层”。简称。简称“亚层亚层”。解释：钠原子解释：钠原子n=4的状态的电子跃迁到的状态的电子跃迁到n=3的状态产生的状态产生 多条谱线？多条谱线？2.角量子数角量子数 l现将现将n4主量子数主量子数n和角量子数和角量子数l的关系及相应的电子的关系及相应的电子层，电子亚层列表层，电子亚层列表 如下：如下：磁量子数的取值为磁量子数的取值为0，1，2，l当当l=0时，时，m=0，说明说明s亚层只轨道。亚层只轨道。当当l=1时，时，m=0，1，说明说明p亚层有三个能量相同的亚层有三个

15、能量相同的 p轨道，常轨道，常用用Pz，Px，Py表示这三个不同伸展方向的表示这三个不同伸展方向的P轨道。轨道。当当l=2时，时，m=0，1，2，说明说明d亚层有亚层有5个能量相同的个能量相同的d 轨道轨道当三个量子数都确定下来之后，就确定了电子的空间运动状态当三个量子数都确定下来之后，就确定了电子的空间运动状态。例如：。例如：n=3，l=0，m=0就确定了就确定了3s轨道；轨道；n=2，l=1，m=0则则确定了确定了2Pz轨道。轨道。3.磁量子数磁量子数m自旋量子数自旋量子数ms的取值只有两个，的取值只有两个，+1/2和和-1/2，它是不依赖于，它是不依赖于n，l，m三个量子数的独立量。三个

16、量子数的独立量。它描述了电子自旋运动的特征。它描述了电子自旋运动的特征。取值取值+1/2和和-1/2说明电子的自旋只有两个方向，通常称为正自说明电子的自旋只有两个方向，通常称为正自旋和反自旋，或顺时针方向和反时针方向，可用向上或向下的旋和反自旋，或顺时针方向和反时针方向，可用向上或向下的箭头箭头“”来表示这两个不同方向的电子自旋运动状态。来表示这两个不同方向的电子自旋运动状态。4.自旋量子数自旋量子数ms综上所述，当四个量子数都确定以后，综上所述，当四个量子数都确定以后，才能完全描述一个电子的运动状态。才能完全描述一个电子的运动状态。电子运动状态的完全描述电子运动状态的完全描述msmnl能级能

17、级电子层原子轨道原子轨道氢原子线状光谱氢原子线状光谱玻尔理论玻尔理论量子力学模型量子力学模型核核外外电电子子的的运运动动状状态态四四个个量量子子数数nlmms电子层电子层能级能级原原子子轨轨道道空间运动状态空间运动状态自旋运动状态自旋运动状态用四个量子数表示核外电子运动状态用四个量子数表示核外电子运动状态主量子数主量子数n角量子数角量子数 l磁量磁量子数子数m原子轨道原子轨道 自旋磁自旋磁量子数量子数ms取值取值符号符号取值取值符号符号取值取值符号符号取值取值1K0s01s+2L0s02s1p0、+1 2px、2py、2pz3M0s03s1p0、+12px、2py、2pz 2 d0、+123d

18、xy、3dyz、3dxz3dx2y2、3dz123、原子轨道的图像描述和电子云联想.质疑电子在由量子数n、l、m确定的原子轨道中运动，原子轨道与玻尔所说的圆形轨道一样吗？如何形象的描述原子中电子的运动状态呢？1、原子轨道的图像描述、原子轨道的图像描述 3d态：n=3,l=2,m=0,研究原子轨道 的图像有何意义？为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用小点的疏密程度表示电子在原子核外出现的概率的大小小点的疏密程度表示电子在原子核外出现的概率的大小2、电子云、电子云注意：注意：1、统计概率的方法、统计概率的方法2、电子云图中小黑点疏

19、密、电子云图中小黑点疏密 的含义的含义 n：决定电子云的大小 l：描述电子云的形状 m：描述电子云的伸展方向 小结：量子数与电子云的关系思考：量子力学中的原子轨道 与玻尔的原子轨道有何区别？电子运动状态的完全描述和四个量子数电子运动状态的完全描述和四个量子数 1）主量子数）主量子数 n 意义：意义：描述电子离核的远近描述电子离核的远近,决定电子层的划分决定电子层的划分 决定电子能量高低的主要因素决定电子能量高低的主要因素 n=1 2 3 4 5 -K L M N O 意义：意义：描述同一电子层中不同能量状态的分层描述同一电子层中不同能量状态的分层电子亚层电子亚层 表示原子轨道或电子云的形状表示原子轨道或电子云的形状 l=0 1 2 3 4-（n-1）s p d f g3）磁量子数）磁量子数m 意义：描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向意义：描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向 m=0 1 2 3-l1 2 3-l4）自旋量子数）自旋量子数ms 意义：描述电子的自旋运动特征意义：描述电子的自旋运动特征 ms=1/2 “”1/2 “”n=1n=22）角量子数）角量子数 l n=1 2 3 l =0 0，1 0，1，2 m=0 0，0,1 0，0,1,0,1,2 能级能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 轨道数：轨道数：1 1 3 1 3 5 1 4 9原子轨道名称原子轨道名称