大学无机化学经典课件原子结构

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1、第一章原子结构和元素周期系1.1原子和元素古希腊哲学家Democritus在公元前5世纪指出，每一种物质是由一种原子构成的；原子是物质最小的、不可再分的、永存不变的微粒。原子atom一词源于希腊语，原义是“不可再分的部分”。119世纪末和20世纪初，在电子、质子、放射性等一批重大发现的基础上，建立了现代原子结构模型。虽然人类很早就从自然现象中了解了电的性质，但对电的本质认识是从18世纪末叶对真空放电技术的研究开始的。21879年，英国物理学家W.Crookes发现了阴极射线。随后，在1897年英国物理学家J.J.Thomson进行了测定阴极射线荷质比的

2、低压气体放电实验，证实阴极射线就是带负电荷的电子流，并得到电子的荷质比e∕m=1.7588×108Cg-1。1909年美国科学家R.A.Millikan通过他的有名的油滴实验，测出了一个电子的电量为1.602×10-19C，通过电子的荷质比得到电子的质量m=9.11×10-28g。3放射性的发现是19世纪末自然科学的另一重大发现。1895年德国的物理学家W.C.Rongen首先发现了X－射线。这种射线最初是由真空放电管中高能量的阴极射线撞击玻璃管壁而产生的，用高速电子流轰击阳极靶也可产生X射线。X-射线能穿过一定厚度的物质，能使荧光物质发光，感光材料

3、感光，空气电离等。1896年法国物理学家A.H.Becquerel对几十种荧光物质进行实验，意外地发现了铀的化合物放射出一种新型射线。法国化学家M.S.Curie以铀的放射性为基础进行研究，陆续发现了放射性元素镭、钋等，发现了放射过程中的α粒子、β粒子和γ射线。41911年，Rutherford根据α粒子散射的实验，提出了新的原子模型，称为原子行星模型或核型原子模型。5虽然早在1886年德国科学家E.Goldstein在高压放电实验中发现了带正电粒子的射线，直到1920年人们才将带正电荷的氢原子核称为质子。1932年英国物理学家J.Chadwick进一

4、步发现穿透性很强但不带电荷的粒子流，即中子。后来在雾室中证明，中子也是原子核的组成粒子之一。由此，才真正形成了经典的原子模型。英国物理学家G.J.Mosley在1913年证实了原子核的正电荷数等于核外电子数，也等于该原子在元素周期表中的原子序数。6红橙黄绿青蓝紫所有波长氢原子光谱和玻尔模型Na光谱7氢原子光谱的特点是在可见区有四条比较明显的谱线，通常用H，H，H，H来表示氢原子的线状光谱89任何原子被激发时，都可以给出原子光谱，而且每种原子都有自己的特征光谱。这使人们意识到原子光谱与原子结构之间势必存在着一定的关系。当人们试图利用Rutherf

5、ord的有核原子模型从理论上解释氢原子光谱时，这一原子模型受到了强烈的挑战。1913年，丹麦物理学家Bohr提出了新的原子结构理论，解释了当时的氢原子线状光谱，既说明了谱线产生的原因，也说明了谱线的波数所表现出的规律性。101900年，德国科学家Planck提出了著名的量子论。Planck认为在微观领域能量是不连续的，物质吸收或放出的能量总是一个最小的能量单位的整倍数。这个最小的能量单位称为能量子。1905年瑞士科学家Einstein在解释光电效应时，提出了光子论。Einstein认为能量以光的形式传播时，其最小单位称为光量子，也叫光子。光子能量的大小

6、与光的频率成正比11E=h式中E为光子的能量，为光子的频率，h为Planck常数，其值为6.62610-34Js。物质以光的形式吸收或放出的能量只能是光量子能量的整数倍。电量的最小单位是一个电子的电量。我们将以上的说法概括为一句话，在微观领域中能量、电量是量子化的。量子化是微观领域的重要特征，后面我们还将了解到更多的量子化的物理量。121913年丹麦科学家Bohr在Planck量子论、Einstein光子论和Rutherford有核原子模型的基础上，提出了新的原子结构理论，即著名的Bohr理论。Bohr理论认为，核外电子在特定的原子轨道上运动，

7、轨道具有固定的能量E。Bohr计算了氢原子的原子轨道的能量，结果如下13随着n的增加，电子离核越远，电子的能量以量子化的方式不断增加。当n→∞时，电子离核无限远，成为自由电子，脱离原子核的作用，能量E=0。式中eV是微观领域常用的能量单位，等于1个电子的电量1.60210-19C与1V电势差的乘积，其数值为1.60210-19J。E=-13.6n2eV14Bohr理论认为，电子在轨道上绕核运动时，并不放出能量。因此，在通常的条件下氢原子是不会发光的。同时氢原子也不会因为电子坠入原子核而自行毁灭。电子所在的原子轨道离核越远，其能量越大。原子中的各电子

8、尽可能在离核最近的轨道上运动，即原子处于基态。受到外界能量激发时电子可以跃迁到离核较远的能量较