原子结构与元素周期表-大学无机化学课件

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1、第五章原子结构和元素周期表费曼(1918-1988)RichardFeynman美国理论物理学家1965年诺贝尔物理奖引自《费曼物理学讲义》如果有一天人类遭遇灭顶之灾，我们的全部知识也将随之被毁灭。假如我们还有时间给后人留一句话，那么这句话应当是：‘所有物质由原子组成。原子是一种永远运动的、远距离相互吸引、近距离相互排斥的微小粒子’。原子原子结构原子序数=核电荷数(z)=质子数=核外电子数质量数(A)=质子数+中子数(N)质子z个原子核原子()中子N=(A-z)个核外电子z个原子的古典理论世界上任何东西都是由原子组成

2、的（包括物质和灵魂）。原子是不可分割的。DemocritusBC460-370古希腊哲学家公元前440年德谟克利特Dalton原子论(1803)所有物质是由原子组成的。原子不可再分。某一元素的所有原子都是相同的，但是与其它元素的原子不同。化合物是由不同元素的原子按一定比例形成的。化学反应是原子的重排，但既没有新原子的产生，也没有原来原子的消失。Thomson电子荷质比测定实验Rutherford原子行星模型(1911)电子在原子内绕核旋转，就象行星绕太阳运转一样卢瑟福SirErnestRutherford1871-19

3、37新西兰裔英国化学家获1908年Nobel化学奖氢原子光谱实验连续光谱氢原子光谱量子论的诞生1900年12月14日，普朗克解释了黑体辐射现象，并且引入量子化能量假说：辐射能的放出或吸收不是连续的，而是按照一个基本量或基本量的整数倍被物质放出或吸收E＝h普朗克MaxLudwigPlanck1858-1947德国物理学家1918年Nobel物理奖Bohr氢原子模型(1913)尼尔斯·玻尔N.Bohr1885-1962丹麦物理学家Bohr氢原子模型要点原子内电子按能级分层排布于适合一定条件的轨道上，电子在稳定轨道中旋转时

4、完全不放出能量，处于一种稳定状态；电子在不同轨道上旋转时具有不同能量，各能级间能量是不连续的，即量子化的；电子在轨道间跃迁时才有能量的放出和吸收，放出的量子具有的频率由轨道的能量差决定氢原子光谱与氢原子能量Bohr理论的优点和局限优点：首先引入量子化的概念，解释了氢原子光谱为不连续光谱。缺点：未能完全冲破经典力学连续概念，只是勉强加进了一些人为的量子化条件和假定。只能解释氢原子或类氢原子（He+,Li2+）光谱。不能解释多电子原子（核外电子数大于1的原子）、分子或固体的光谱，即使是有两个电子的He，其结果与实验相去甚远

5、。亦不能解释氢光谱的每条谱线实际上还可分裂为两条谱线的现象，即精细结构未考虑其运动的波动性，采用了宏观轨道的概念。原子的量子力学模型微观粒子：电子、原子、分子微观粒子的运动特征量子化波粒二象性光的波粒二象性既有波动性又有微粒性：光波粒二象性的数学表达（能量量子化）E=nh(n=1,2,...)P=h/、：波动性E、P：微粒性deBroglie波粒二象性德布罗意波（物质波）电子具有波长＝h/m德布罗意L.deBroglie法国物理学家获1929年Nobel物理奖物质波证明—电子的晶体衍射C.Davisson和

6、L.Germar当电子通过晶体时，在屏幕上产生明暗交替的衍射环。这说明电子射线同X射线一样有衍射现象，证明了德布罗意假设的正确性，亦证明了电子具有波动性。070410电子衍射实验铝箔（a）石墨（b）感光屏幕薄晶体片衍射环纹电子束电子枪电子具有波动性的实验证明Heisenberg测不准原理(1)具有波粒二象性的微观粒子，不能同时测准其位置和速度（动量）。如果微粒的运动位置测得愈准确，则相应的速度愈不易测准，反之亦然。海森堡WernerCarlHeisenberg1902-1972德国物理学家获1932年Nobel物理奖H

7、eisenberg测不准原理(2)式中x表示位置测不准量，P表示动量测不准量，h为普朗克常数(6.62610-34J·s)，为圆周率，m为质量，v表示速度的测不准量。Schrödinger方程薛定鄂ErwinSchrödinger1887-1961奥地利物理学家获1933年Nobel物理奖“当所有其它方法都行不通时，就用薛定鄂方程。”罗素·派克RussellT.Pack美国化学教育家April1978薛定谔方程薛定谔(Schrödinger)方程：E：体系的总能量V：势能m：微粒的质量：描述电子运动的波函数

8、，也称为原子轨道、原子轨迹或原子函波函数和原子轨道通过薛定谔方程求解而得可以描述原子核外电子运动状态对x的二阶偏导数对y的二阶偏导数对z的二阶偏导数求解(1)必须在球极坐标系中求解(x,y,z)→(r,,)→Rn(r)Yl,m(,)0≤r0≤≤纬度0≤≤2经度x=rsincosy=rsin