原子结构和元素周期律2

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1、第九章原子结构和元素周期律atomicstructureperiodiclawofelements§9.1微观粒子的特征§9.2核外电子运动状态的描述§9.3多电子原子核外电子排布§9.4元素周期表与元素性质的周期性×1§9.1微观粒子的特征一、原子的概念及其组成1801年，英国学者道尔顿，提出原子学说，认为原子不可再分。1897年，英国学者汤姆森，发现了带负电荷的电子，打破了“原子不可再分”的概念。21911年英国人卢瑟福（Rutherford）进行α粒子散射实验，提出了原子的“行星模型”3原子由原子核（质子和中子）和绕核作高速运动

2、的电子组成。原子核好比太阳，电子好比绕太阳运动的行星，电子绕核高速运动。4原子的组成原子质子中子电子原子核带负电荷带正电荷不带电荷5二、氢原子光谱和玻尔理论光谱:复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案。光源光谱的产生6白光的连续光谱：包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱氢原子的线状光谱可见光区有四条谱线。71.绕核运动的电子应不停地连续辐射,得到连续光谱,但实际得到的是不连续光谱。无法解释：2.电子在运动中辐射能量不断减少,电子运动的轨道半径也将不断减少，最终，电子坠入核

3、内，原子毁灭。8玻尔理论（Bohr的氢原子模型）1、定态假设：电子绕原子核做圆形轨道运动。在一定轨道上运动的电子具有一定的能量，称为定态。在定态下运动的电子不吸收也不放出能量。能量最低的定态，称为基态。其余能量较高的定态，称为激发态。92、量子化假设：原子的各种可能存在的定态所具有的能量是不连续的分立值(量子化)。具有不连续能量值的定态，叫做能级。103、跃迁假设：当电子在不同轨道之间跃迁时，原子才会吸收或放出能量。电子从较高能级的轨道跃迁到较低能级的轨道时，原子以光的形式放出能量来，此光子的频率决定于电子跃迁前后两个轨道的能级差。△

4、E=hn=E2–E111玻尔理论成功之处与缺陷成功之处：解释了原子稳定存在事实、氢原子线状光谱现象；提出了原子轨道能级概念；提出了核外电子运动具有量子化特点的观点。原因：微观粒子运动不同于宏观物体运动，经典力学理论不适用于描述微观粒子运动规律。缺陷：不能解释氢原子的精密谱线；不能解释多电子原子的光谱。12三、微观粒子的波粒二象性德布罗意假说：不仅光有波粒二象性，而且一切运动的微观粒子，包括电子、质子和中子都有波粒二重属性：德布罗意关系式131927年美国物理学家戴维逊(Davisson)和革末(Germer)用电子束代替x射线在晶体光

5、栅(薄层镍)上进行电子衍射实验，得到了与x射线相似的衍射图。德布罗意的假设三年后被实验证实14电子衍射现象不是电子间相互影响的结果，而是许多相互独立的在完全相同情况下的电子运动的统计结果，或者说是一个电子在多次相同实验中的统计结果。波的衍射强度大的地方就是电子出现机会（概率）大的地方；波的衍射强度小的地方，就是电子出现机会小的地方。电子及其它微观粒子的运动，服从统计规律。因此，物质波又叫概率波。电子衍射图形成过程电子衍射图产生的原因分析15测不准原理（不确定原理）1927年,德国物理学家海森堡（Heisenberg）提出，微观粒子无法

6、同时准确测定它的位置和动量。它的位置测得越准,，其动量就测得约不准，反之亦然。关系式为：Δx为x方向坐标的测不准准量(误差);Δp为x方向的动量测不准量。核外电子运动的统计性16无法确定单个电子在核外的运动轨迹，即电子不可能绕核做传统意义上的固定轨道运动。根据海森堡不确定关系得出电子速度的不准量假设⊿x=10-11m17§9.2核外电子运动状态的描述一、波函数和原子轨道物质波的波动方程----薛定谔方程m是电子的质量；x，y，z是电子在空间的坐标;E是电子的总能量;V是体系的势能,h为普朗克常数。Ψ是薛定谔方程的解。181.解薛定谔方

7、程，可得到一系列波函数ψ（x,y,z）和其对应的能量E值。注意“轨道”已不是传统意义上的“轨道”。ψ2代表电子在空间某处单位体积内出现的概率大小(概率密度)。3.波函数的空间图象称为原子轨道，可粗略地认为是电子可能出现的区域。2.每一个特定的波函数ψ对应于原子中电子的一种运动状态，波函数是描述核外电子运动状态的数学函数。薛定谔方程的意义19空间坐标ψ(x,y,z)和球坐标ψ(r,θ,φ)的转换20为得到薛定谔方程合理的解，必须引入四个取值一定的参数n、m、l、ms，量子力学将这些特定的参数称为量子数，这四个量子数的取值和组合方式一定，

8、波函数才能一定。n、m、l、ms是薛定谔方程有合理解的必要条件。二、量子数及其物理意义21决定电子在核外空间出现概率最大的区域离核的远近，是决定电子能量的主要因素。符号：nn1234…光谱学符号KLMN分别表示一二三四…