第六章原子结构和元素周期系

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1、第1章原子结构和元素周期律重点：原子核外电子的填充规律及元素周期表难点：从经典物理思维到微观粒子运动规律新思维的转化人类认识原子结构的简单历史人类的认识总是由浅至深，由表观至本质逐渐深入的。化学是在分子、原子、离子等层次上研究物质的组成、结构、性能、相互变化及变化过程中能量关系的科学，也就是说是在研究分子分割为原子层次上的运动规律。人类对分子、原子的认识在近一两百年逐渐由一些经验定律发展成为现代的科学理论模型。有关原子结构的研究主题体现在：原子是由什么组成的？它们是怎样组成原子的？人类认识原子结构的发

2、展历程可概括如下：(1)1803年，道尔顿提出了原子的“刚球模型”。他认为一切物质是由不可再分割的原子组成的。同种类原子完全相同，不同种类原子不同。(2)1898年，汤姆逊提出了原子的“浸入模型”。电子发现后，他提出电子浸于“均匀分布的正电性球体”的原子模型。(3)1911年，卢瑟福提出了原子的“含核模型”。α－粒子散射实验发现原子中正电荷不是“均匀分布”的。他提出“原子中正电荷密集在一个很小的、坚实的、叫做原子核的区域内。围绕着它作高速运动的电子的数目等于核的正电荷数。”(4)1913年，玻尔提出了

3、原子的“行星式原子模型”36。在含核原子模型及普朗克量子论的基础上，引入量子化条件成功解释了氢原子光谱的规律性，提出“核外电子在固定轨道上绕核运动”的原子行星模型。(1)1926年，薛定谔提出了原子的“原子波动力学模型”。在核外电子运动波粒二象性的基础上，融合玻尔固定能级思想、海森堡测不准原理、德布罗依电子波动性的创见，提出：“电子是围绕着原子核的三维波”。1.1氢原子光谱和玻尔理论本课程不系统地、定量地介绍量子化学。原子的化学性质和电子在原子核外怎样运动密切相关，本节重点就电子不同于宏观物体的主要特

4、点如：(1)量子化特性；(2)波粒二象性的主要实验依据和重要结论作一简单介绍。1.1.1氢原子光谱连续光谱：太阳光或白炽灯发出的白光，通过玻璃三棱镜时，所含不同波长的光可折射成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等没有明显分界线的光谱，这类光谱称为连续光谱。装有氢气的氢光谱管通以高压电流（直流稳压电源与感应圈组合产生的），氢气被解离生成氢原子（H2→2H），氢原子受到激发成为激发态氢原子（H→H*）。激发态氢原子不稳定，向基态跃迁时释放的能量以光的形式辐射出来（H*→H，E＝hγ），H*所发出的光经过分光镜就得

5、到氢原子光谱。其在可见区（400----760nm）的光谱见图：λ(nm)410.2434.1486.1656.336HδHγHβHα线状光谱：氢原子在电场激发下所发出的光，经过棱镜分光后，得到由若干条谱线组成的不连续光谱，叫线状光谱。氢原子光谱特征：(1)不连续的线状光谱。在红外区、可见区、紫外区都呈现多条具有特征波长的谱线。Hα、Hβ、Hγ、Hδ等为可见区的主要特征谱线。(2)从长波到短波（Hα→Hδ），谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。可见光区的几条谱线称为巴尔麦系，频率用下面的公式可正

6、确表示出来。ν＝R∞c(1/22-1/n2)R∞：里德堡常数，1.097×107m-1R∞c：3.289×1015s-1n：>2的正整数，ν的单位是s-1，依据λ＝c/ν可求出谱线的波长。氢原子光谱其它区域谱线的频率公式为：ν＝R∞c(1/n12-1/n22)n2>n1，且都是正整数n1＝1时，为远紫外区的莱曼系。（拉曼系）n1＝3时，为近红外区的派兴系。（帕邢系）注意：某一瞬间一个氢原子只能放出一个光子，许多氢原子才能放出不同的谱线。实验中同时观察到全部谱线，是无数个氢原子受激至高能级，尔后又回到低

7、能级的结果。36对氢原子光谱这样明显的规律性，几十年来都未能得到满意解释。直到1913年玻尔提出其原子模型的假设才成功解释了氢原子光谱的成因和规律。1.1.1玻尔理论1.量子论----不连续性(1)1900年Planck: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能量单位的整数倍---能量子(2)1905年Einstein:以光形式传播的能量，其最小单位叫光量子(光子)。光子能量：E=hν。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。(3)电量的最小单位是一个电子的电荷量量子

8、化是微观领域的重要特征。能量、电量、角动量等表征微观粒子运动状态的某些物理量只能是不连续变化----量子化2.氢原子模型的假设*玻尔在经典物理学理论的基础上加上了量子化条件，提出了氢原子模型的假设，其中心内容有：(1)原子核外有一系列特定轨道，核外电子在这些有确定半径和能量的轨道上运动。注意：这些半径和能量只能取某些由量子化条件决定的分立数值。根据量子化条件，求出氢原子核外轨道的能量公式：E=-13.6/n2(ev)=-2.179×10-18/n2(J)