第一节原子结构模型精选文档.ppt

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1、第一节原子结构模型本讲稿第一页，共十七页一：原子结构模型发展 1.道尔顿实心硬球模型道尔顿实心硬球模型 英国自然科学家约翰道尔顿提出了世界上第一个原子的理论模型。他的理论主要有以下三点：原子都是不能再分的粒子；同种元素的原子的各种性质和质量都相同；原子是微小的实心球体。虽然，经过后人证实，这是一个失败的理论模型，但道尔顿第一次将原子从哲学带入化学研究中，明确了今后化学家们努力的方向，化学真正从古老的炼金术中摆脱出来，道尔顿也因此被后人誉为“近代化学之父”本讲稿第二页，共十七页 2.汤姆逊模型汤姆逊模型 汤姆逊在发现电子的基础上提出了原子的葡萄干布丁模型，汤姆逊认为：电子是平均的分布在整个原子上

2、的，就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。在受到激发时，电子会离开原子，产生阴极射 线。本讲稿第三页，共十七页3.卢瑟福核式模型卢瑟福核式模型 汤姆逊的学生卢瑟福完成的粒子轰击金箔实验（散射实验），否认了葡萄干布丁模型的正确性。卢瑟福以经典电磁学为理论基础，主要内容有：原子的大部分体积是空的 在原子的中心有一个很小的原子核 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。带负电的电子在核空间进行绕核运动。本讲稿第四页，共十七页光谱光谱：用仪器记录物质吸收或发射光的波长和强度时，能 得到有若干条线组成的图像，这种图像叫做光谱。光谱是微观粒子在运

3、动过程中能量变化的反映。将光谱按谱线之间的距离的不同进行分类，分为连续光谱连续光谱和线状线状光谱光谱。连续光谱连续光谱：是由各种波长差别极小彼此不能分辨的谱线组成的光谱。反映了微观粒子在运动过程中能量变化的连续性线状光谱线状光谱：由具有特定波长，彼此分离的谱线组成。反映了微粒在运动过程中能量变化的不连续性。本讲稿第五页，共十七页原子光谱原子光谱：任何单原子气体在激发下都会产生光谱。原子光谱是线状光谱，不同元素的光谱线不同。氢原子光谱：氢原子光谱：氢原子光谱实验证实了电子运动的量子化特征,得到是一系列不连续的线状光谱.量子化量子化：以一个单位的整数倍进行不连续的吸收或发射能量的过程叫能量的量子化

4、 本讲稿第六页，共十七页卢瑟福核式结构的问题 按经典电磁学理论，电子绕核旋转，做加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是连续的，原子光谱应是连续的光谱。而实验表明原子相当稳定，原子光谱也是线状光谱。这一结论与实验不符。本讲稿第七页，共十七页4.玻尔电子分层排布模型玻尔电子分层排布模型为了解释氢原子线状光谱这一事实，玻尔提出了核外电子分层排布的原子结构模型。他的基本观点是：原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，不辐射能量在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，且能量是量子化的，轨道能量值

5、依n（1，2，3，.）的增大而升高当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，才会辐射或吸收能量。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。本讲稿第八页，共十七页波尔理论的不足之处：波尔理论的不足之处：1.不能解释氢原子光谱的精细结构2.不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂3.不能解释多电子原子的光谱本讲稿第九页，共十七页二.量子力学对原子核外电子运动状态的描述 核外电子的运动状态可以用核外电子的运动状态可以用n n、l l、m m、msms四个量四个量 子数子数来描述来描述1.1.主量子数主量子数(n n)又叫电子层数 主量子数n是用来描述原子中电子出项几率最大区域离核的距离。是决定

6、轨道能量高低的主要因素。取值范围:除0以外的正整数.n=1、2、3、4、5、6、7 符号：K、L、M、N、O、P、Q 本讲稿第十页，共十七页2.2.角量子数角量子数(L)(L)又叫电子亚层 取值范围:0到n-1的所有正整数,共有n个值。L的取值 决定于n.符号:对应于L0、(n-1)的每个数 值,可用相应的s、p、d、f等字母表示各值 意义：角量子数确定原子轨道（电子云）的形状并在多电子原子中和主量子数一起决定电子的能级。（其中单电子原子电子能量完全由n决定）电子绕核运动，不仅具有一定的能量，而且也有一定的角动量M，它的大小同原子轨道的形状有密切关系。例如L=0时说明原子中电子运动情况同角度无

7、关，即原子轨道的轨道是球形对称的；L=1时，其原子轨道呈哑铃形分布；如L=2时，则呈花瓣形分布。本讲稿第十一页，共十七页通常情况下，或者说在没有外磁场的条件下，对于同一多电子原子，位于同一能级（n、l相同）的电子能量相同，位于不同能级的电子能量不同。（对于不同的原子，即使量子数n、l相同，其能级的能量也不同）当电子层数（主量子数）相同且有多个能级时，各能级能量高低顺序是：EnsEnpEndEnf 例如钠原子受激发成激发态后，处于n=4的电子层的电子跃迁回n=3的电子层的不同能级是所形成的光谱就含有多条谱线 本讲稿第十二页，共十七页3.磁量子数磁量子数(m m)：标记同一能级上的不同运动状态的电

8、子标记同一能级上的不同运动状态的电子 实验发现，在没有外磁场的条件下，量子数n、l相同的状态的能量是相同的；有外磁场时，这些状态的能量就不同了(线状光谱发生分裂)。我们用磁量子数m标记这些状态。取值范围：m的取值决定于L。从+L到-L并包括0 在内的整数值。m=0、1、2、3L，共2L+1个取值。4.4.自旋量子数自旋量子数(ms)原子中的电子不仅围绕着原子核运动，也围绕着本身的轴转动，这种转动叫做电子的自旋。ms就是用来描述电子自旋方向的数值。取值：自旋只有两个方向，顺时针和逆时针，因此只有两个值，+1/2和-1/2。意义：表示在同一轨道中，只能容纳两个自旋相反的两个电子。从而确定了具体的电

9、子。本讲稿第十三页，共十七页 因此有：决定电子能量的量子数有n n、l l;决定电子运动轨道的量 子数有n n、l l、m m;决定电子运动的量子数有n n、l l、m m、msms。即在同一个原子中不可能有4个量子数完全相同的电子存在，或者说由4个量子数确定的运动状态只能存在一个电子。本讲稿第十四页，共十七页n、l、m、ms的数值关系主量子数（主量子数（主量子数（主量子数（n n）1 12 23 34 4角量子数（角量子数（角量子数（角量子数（l l l l）0 00 01 10 01 12 20 01 12 23 3磁量子数（磁量子数（磁量子数（磁量子数（mm）0 00 00 0110 0

10、0 0110 011220 00 0110 011220 0112233原子轨道数原子轨道数原子轨道数原子轨道数（2 2l l l l+1+1）11313513571s 2s 2p3s3p 3d4s 4p 4d4f原子轨道数（原子轨道数（原子轨道数（原子轨道数（n n2 2）14916电子层最多容纳电电子层最多容纳电电子层最多容纳电电子层最多容纳电子数（子数（子数（子数（2n2n2 2）281832本讲稿第十五页，共十七页l与n的取值关系及轨道符号、轨道形状n nl l l l轨道符号轨道符号轨道符号轨道符号电子亚层符号电子亚层符号电子亚层符号电子亚层符号轨道形状轨道形状轨道形状轨道形状1 1

11、0 0s s1s1ss s为球形对称为球形对称为球形对称为球形对称2 20 0、1 1s s、p p2s2s、2p2pp p为哑铃形为哑铃形为哑铃形为哑铃形3 30 0、1 1、2 2s s、p p、d d3s3s、3p3p、3d3dd d为花瓣形为花瓣形为花瓣形为花瓣形4 40 0、1 1、2 2、3 3s s、p p、d d、f f4s4s、4p4p、4d4d、4f4ff f形状复杂形状复杂形状复杂形状复杂n n0 0、1 1、2 2、3 3、4 4本讲稿第十六页，共十七页 原子中电子在核外绕核运动的运动状态由量子数n、l、m确定。核外电子的运动没有具体的轨道，通常所说的原子轨道真正含义是指单电子波函数，他不是任何类型的机波或电磁波，而是具有统计意义的几率波，是描述核外电子运动状态的一种抽象的数学表示，在量子力学中把这种单电子波函数称为原子轨道。因为电子是在原子空间运动，所以波函数应是空间坐标的函数，像电磁波的波幅一样，在空间某些区域函数可能为正值，在另一些区域可能为负值。但是波函数并不表示电子在核外某处出现的几率。其平方代表电子在空间某处出现的几率，常以电子云表示。本讲稿第十七页，共十七页