第二章 原子结构和元素周期系

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1、第二章原子结构与元素周期系2.1玻尔理论2.2核外电子运动的特殊性及运动状态的描述2.4原子结构和元素周期系2.3多电子原子核外电子排布2.1玻尔理论2.1.1氢原子光谱2.1.2玻尔理论2.1.1氢原子光谱1.连续光谱2.3.(1)不连续，线状光谱，从红外到紫外区具有多条特征谱线。(2)从长波到短波，谱线间距离愈来愈近。谱线特征：n1、n2为正整数；n2>n1R=3.289×1015S-1里德堡公式：v表示谱线频率；经典电磁学认为：电子绕核作圆周运动，将不断从原子发射连续的电磁波，原子光谱应是连续的；且电子能量逐渐降低，电子将坠入原子核，原子成为不稳定系统。事实上，原子是稳定存在的，原

2、子光谱不是连续光谱而是线状光谱，这些矛盾是经典理论所不能解释的。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.1.普朗克量子化理论1900年,普朗克(PlankM)提出了表达光子的能量(E)与频率(ν)关系的方程,即著名的普朗克方程：E=hν其中h叫普朗克常量,其值为6.626×10-34J·s.普朗克认为,物质只能按hν的整数倍(例如1,2,3等)一份一份地吸收或释出光能,而不可能是0.5,1.6,2.3等任何非整数倍。这就是所谓的能量量子化概念.2.1.2玻尔理论2.玻尔理论的基本假设(1)量子化条件电子不是在任意轨道上绕

3、核旋转，而只能在符合一定条件的轨道上运动。这个条件是：轨道中电子运动的角动量p只能等于h/(2π)的整数倍。(2)定态假设核外电子在一定能量的轨道运动，既不吸收能量也不放出能量(定态)。核外电子尽可能处于基态。基态：能量最低的定态。激发态：能量高于基态的定态。轨道的能量:En=-13.6/n2ev=-2.179×10-18/n2J轨道半径r=n2a0（a0=52.9pm）n取正整数，故轨道能量不连续(量子化)。光谱释放能量△E=E2-E1=hv=hc/λλ=hc/∆E获得能量，跃迁电子基态E1高能态(激发态)E2(3)能量的吸收与发射n=5n=4n=3n=2n=6HγHβHαHδ氢原子的

4、电子从3、4、5、6电子层→2层，在可见光区得四条线状不连续光谱线。波尔理论的成功之处●解释了H及He+、Li2+、Be3+的原子光谱；WavetypeHaHbHgHdCalculatedvalue/nm656.2486.1434.0410.1Experimentalvalue/nm656.3486.1434.1410.2●计算氢原子的电离能。●说明了原子的稳定性；●对其他发光现象（如Ｘ光的形成）也能解释；●不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂；波尔理论的局限性●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。2.2核外电子运动的特殊性及运动状态的描述2.2.1微观粒子运动的波粒二

5、象性2.2.2核外电子运动状态的描述—四个量子数2.2.1微观粒子运动的波粒二象性1.电子的波粒二象性1924年德布罗意提出了微观粒子的波粒二象性：波长质量速度动量普朗克常数，等于6.626×10-34J·s电子衍射实验电子衍射实验证实了电子的波动性1927，美国C.DavissonandL.Germar可用概率和概率密度描述微观粒子的运动规律。电子的波动性是电子运动的统计结果；电子波的强度与电子出现的几率成正比；电子波动性的统计解释对于m=10g的子弹，它的v=1.0×103m.s-1，则λ=6.6×10-23pm。波长太小，测不出，可忽略。对于m=9.1×10-31kg的电子，它的v

6、=1.9×107m.s-1，则λ=37pm(1pm=10-12m)。2、海森堡测不准原理x－粒子的位置不确定量－粒子的运动速度不确定量对于微观粒子，不可能同时准确测定其速度与位置（动量与位置）。例1:对于m=10g的子弹，当其位置精确到x＝0.01cm，则其速度不确定值为：显然对宏观物体可同时准确测定位置与速度。速度不确定度很大。例2：对电子,m=9.1110-31Kg,半径r=10-10m，则x至少要达到10-11m才相对准确，则其速度不确定值为：∴若m非常小，则其位置与速度是不能同时准确确定的。2.2.2核外电子运动状态的描述—四个量子数1.波函数量子力学认为微观粒子的运

7、动状态可用波函数ψ来描述。微观粒子是在三维空间作运动，因此它的运动状况须用三维空间伸展的波来描述。波函数ψ是空间坐标(x、y、z)的函数。∂2ψ∂2ψ∂2ψ8π2m——+——+——+————（E―V）ψ=0∂x2∂y2∂z2h2薛定谔方程是二阶偏微分方程：波函数ψ的求算——薛定谔方程式中:ψ—波函数（原子轨道）E—轨道能量（动能与势能V总和）m—电子质量h、π—常数x、y、z—电子位置的三维坐标注意：原子轨道是指电子的一种空间状态，