原子结构和元素周期律

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1、第八章原子结构和元素周期律原子结构的发展简况：经典核原子模型的建立：原子是不可分割的；Thomson的原子“枣糕模型”；Rutherford的“行星系式”原子模型；微观粒子能量量子化规律的发现；氢原子Bohr理论：定态原子模型；近代量子力学原子结构理论。原子结构模型的演变第一节氢原子光谱和玻尔理论一、氢原子光谱连续光谱（实验室）连续光谱（自然界）电磁波连续光谱氢原子光谱（原子发射光谱）发出紫外光和可见光→三棱镜→不连续的线状光谱太阳光或白炽灯发出的白光，通过分光三棱镜时，不同波长的光由于折射率不同，形成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等没有明显分界的连续分布的

2、彩色带状光谱，这类光谱称为连续光谱。气态原子被火花、电弧或其他方法激发产生的光，经过棱镜分光后得到不连续的线状光谱，这种线状光谱称为原子光谱。氢原子光谱特征：不连续的光谱，即线状光谱；谱线频率有一定的规律：二、玻尔理论普朗克的量子论爱因斯坦的光子学说卢瑟福的原子结构模型氢原子的光谱实验玻尔理论玻尔理论的基本要点：1、核外电子只能在有确定半径和能量的圆形轨道上绕核运动，在这些轨道上运动的电子既不吸收能量，也不放出能量；这些状态称为定态；2、原子轨道的能量是量子化的：能级：轨道的这些不同的能量状态；基态：能量最低的状态，即n=1；激发态：其余能量高于基态的状态，

3、即n>1。3、电子在能量不同的轨道之间跃迁时原子才会吸收或放出能量。当电子从能量较高的轨道（E2）跃迁到能量较低的轨道（E1）时，放出的能量以光的形式发射出去，发射出的光的频率与轨道能量间的关系为：氢原子光谱与氢原子能级第二节微观粒子的特性一、微观粒子的波粒二象性1924年，法国年轻的物理学家L.deBroglie指出，对于光的本质的研究，人们长期以来注重其波动性而忽略其粒子性；与其相反，对于实物粒子的研究中，人们过分重视其粒子性而忽略了其波动性。L.deBroglie从Einstein的质能联系公式E=mc2和光子的能量公式E=h的联立出发，进行推理:对

4、于微观粒子；p微观粒子的动量，表明微观粒子的粒子性；微观粒子的波长，表明微观粒子的波动性。deBroglie关系式h微观粒子具有波粒二象性。例：子弹，m=2.5×10-2Kg，v=300ms-1；电子，me=9.1×10-31Kg，v=5.9×105ms-1；波长：子弹=h/(mv)=6.6×10-34/(2.5×10-2300)=8.810-35(m)可忽略，主要表现为粒子性电子=h/(mv)=6.6×10-34/(9.1×10-315.9×105)=1210-10(m)=1.2nm电子的衍射实验证实了deBroglie的预言，确认了电子具有

5、波动性。1927,美国C.DavissonandL.Germar电子衍射实验示意图用电子枪发射高速电子通过薄晶体片射击感光荧屏，得到明暗相间的环纹，类似于光波的衍射环纹。感光屏幕薄晶体片衍射环电子枪电子束电子的波动性是和电子运动的统计性规律联系在一起的；电子波是概率波，反映了电子在空间各区域出现的概率大小。亮纹：电子出现的概率大暗纹：电子出现的概率小二、不确定原理1927年，德国人Heisenberg提出了不确定原理：x·px≥hpx=m·vxx：x坐标方向上微粒的位置不确定程度；px：x坐标方向上微粒的动量不确定程度。x越小(位置越准确)，

6、px越大(动量越不准确)；px越小(动量越准确)，x越大(位置越不准确)；因此，微观粒子的位置和动量不能同时确定；即微观粒子的运动没有固定的运动轨道。例：子弹，m=0.01Kg，v=1000ms-1，vx=0.1%电子，me=9.1×10-31Kg，v=106ms-1，x=10-10m子弹x=h/(mvx)=6.6×10-34/(0.0110000.1%)=6.6×10-32(m)对于宏观物体，x=10-8m就很准确了，完全可忽略电子vx=h/(mx)=6.6×10-34/(9.1×10-3110-10)=7.27106(ms-1)

7、不确定程度甚至超过电子本身的运动速率，显然是不能忽略的。第三节单电子原子的薛定谔方程及其解一、单电子原子的薛定谔方程：波函数，E：能量，V：势能，m：微粒的质量，x，y，z：电子的空间坐标：圆周率，h：普朗克常数★求解薛定谔方程，就是求得波函数ψ和能量E；★解得的ψ不是具体的数值,而是包括三个常数（n，l，m）和三个变量（r，，）的函数式——Ψn，l，m(r，，)；★有合理解的函数式叫做波函数(Wavefunctions)；可用来描述核外电子的运动状态；★波函数=薛定谔方程的合理解=原子轨道坐标变换：直角坐标(x，y，z)变换成球坐标(r，，

8、)二、单电子原子的波函数变数分离：Ψn，l，m(r，