第09章 原子结构与元素周期律

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1、第九章原子结构与元素周期律无机化学第九章原子结构与元素周期律9.1原子核外电子的基本特征9.2单电子原子的结构9.3多电子原子的结构9.4元素周期律2无机化学9.1原子核外电子的基本特征9.1.1原子组成微粒及其相互关系9.1.2微观粒子的量子化特征9.1.3微观粒子的波粒二象性9.1.4测不准原理3无机化学9.1原子核外电子的基本特征9.1.1原子组成微粒及其相互关系1、原子结构发现史传统观念→→实验新发现产生新观念↑↓世人接受←为其他实验所证实4无机化学9.1原子核外电子的基本特征(1)公元前5世纪--19世纪的哲学观念宇宙万物都由原子组成，原子是最微小、

2、最坚硬、不可入、不可分的物质粒子。Democritus(460—370B.C.)德谟克利特(古希腊哲学家)5无机化学9.1原子核外电子的基本特征(2)1879年电子的发现（a）1879年，英国人克鲁克斯用汤姆生的阴极射线管发现了阴极射线。（b）1897年，英国物理学家汤姆生，测定了带负电粒子的荷质比(e/m)。阴极射线管6无机化学（c）两年后密利根“有比原子小得多的粒子存在”——电子。（d）原子是电中性的，原子中必然还有带正电荷的物质。Millikan油滴实验7无机化学9.1原子核外电子的基本特征α粒子散射实验α粒子散射分析(3)1896年，原子结构的“行星式

3、模型”。（a）卢瑟福发现了带正电荷的粒子，占原子99.9%以上质量，而大小仅为原子的1/1012。（b）通过α粒子散射实验进一步发现了带正电荷的质子。E.Rutherford8无机化学9.1原子核外电子的基本特征（c）质子的总质量小于原子的质量？——原子核中还存电中性的微粒---中子。（d）1912年，英国人莫斯莱测定了各原子的电荷数，——质子数和电子数都等于原子序数。（e）原子结构的“行星式模型”。——人类认识微观世界的重要里程碑，这个模型已成为现代科学技术的象征。9无机化学9.1原子核外电子的基本特征2、原子的内部组成电荷质量名称与符号Q/CQ/aum/k

4、gm/au质子(P)1.602＋11.7×10－271836原1.0×10－19子核中子(n)001.7×10－271839核外电子(e－)1.602－19.1×10－3111.0×10－19au为原子单位10无机化学9.1原子核外电子的基本特征3、原子组成微粒的体积关系由表数据可计算：-15～-143-10312～15Ｖ核/Ｖ原子　＝(10)/(10)＝1/1012～15Ｖ电子/Ｖ原子＜１/10原子核是原子体积的百万亿分之一！原子几乎是空的。11无机化学9.1原子核外电子的基本特征4、原子组成微粒的质量关系原子核的体积只有原子体积的1/1012-15，而原子

5、核的质量却占了原子质量的99.9%以上，原子核的密度：ρ≈1×1013g·cm－３一般物质的密度只有1×100g·cm－3数量级，根据爱因斯坦(Einstein)的质能联系方程可以算出，原子核内蕴藏着异常巨大的潜能。原子核的性质决定了原子的种类和性质。12无机化学9.1原子核外电子的基本特征5、原子组成微粒的电荷关系根据原子及其内部微粒的电荷关系，英国人莫斯莱(Moseley)研究证明：原子核内的质子数和核外的电子数都恰好等于原子序数，即：原子序数（Z）=核内质子数=核电荷数=核外电子数也就是说，质子数相同的原子属于同种元素。但质子数相同的原子，中子数不一定相

6、同，这意味着同种元素中可能含有不同的原子。13无机化学9.1原子核外电子的基本特征元素将质子数相同的一类单核粒子统称为同一种元素，用元素符号Ｅ表示。核素将质子数和中子数都相同的单核粒子称为同一种核素，A用核素符号E表示。Z式中左下标Z为质子数，左上标A为核子数(质子数与中子数之和)，因为它近似等于原子质量的数值，故A又称为质量数。14无机化学9.1原子核外电子的基本特征9.1.2微观粒子的量子化特征前言：宏观物体与微观粒子对照表体系宏观物体微观粒子质量较大,m=10－2kg极微,m(e)=9.1×10－31kg(子弹)运动范围较大极小,r=10－10mg原子较

7、低,v＝103m·s－1极快,v＝108m·s－1运动速度描述方法经典力学原理统计力学原理核外电子具有自身的基本特征15无机化学9.1原子核外电子的基本特征1、普朗克的量子假说1900年普朗克(M．P1anck)首次提出了微观粒子具有量子化特征的假说:如果某一物理量的变化是不连续的，而是以某一最小单位作跳跃式的增减，这一物理量就是量子化(quantized)的，其变化的最小单位就叫做这一物理量的量子(quantum)。16无机化学9.1原子核外电子的基本特征实验事实表明，在黑体辐射(或吸收)能量的过程中，能量的变化是不连续的，而是最小能量单元的整数倍：E=nE

8、n=1，2，3，…，正整数（9-1）n