第九章 原子结构和元素周期律(最终版)(1)

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1、第九章原子结构和元素周期表《基础化学》主编魏祖期人民卫生出版社Chapter9AtomicStructureandPeriodicTableofElements第九章原子结构与元素周期律§9-1核外电子运动状态及特性§9-2氢原子的波函数§9-3多电子原子的原子结构§9-4原子的电子组态与元素周期表一、古代希腊的原子理论二、道尔顿(J.Dolton)的原子理论---19世纪初三、卢瑟福(E.Rutherford)的行星式原子模型-------19世纪末四、近代原子结构理论-------氢原子光谱原子

2、结构理论的发展简史公元前5世纪，希腊哲学家Democritus的古原子说一切事物由原子和虚空组成。“atomos”—不可分割，虚空—原子之间的空间。19世纪初，英国DaltonJ的原子论①一切物质都是由不可见的、不可再分割的原子组成的。②同种类的原子在质量、形状和性质上都完全相同，不同种类的原子则不同。③每一种物质都是由它自己的原子组成的。单质是由简单原子组成的，化合物是由复杂原子组成的，而复杂原子又是由为数不多的简单原子所组成。复杂原子的质量等于组成它的简单原子的质量的总和。19世纪末，英国Tho

3、msonJJ电子的发现和他的原子“枣糕模型”原子是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着许多带负电的电子。1911年，英国RutherfordE的“行星系式”原子模型（粒子散射实验证实）原子核好比太阳，电子好比是绕太阳运动的行星，电子绕核高速运动。1900年，德国PlanckM的量子论黑体辐射的能量ε的释放和吸收都不是连续的，只能是最小能量单位ε0的整数倍，ε=nε0=nhν,ε0称为量子。1905年，Ensternd的光子学说光是由光子组成的粒子流，每个光子的能量E=hν=hc/λ1913年，丹

4、麦Bohr的“定态原子模型”（1）核外电子在一定轨道上运动,在这些轨道上运动的电子不放出也不吸收能量。电子所处的状态称为“定态”。能量最低的定态为“基态”,能量较高的定态为“激发态”。（2）在一定的轨道上运动的电子具有一定的能量E,E只能取某些由量子化条件决定的数值,而不能处于两个轨道之间。-3第一节核外电子运动状态及特性一、氢光谱和氢原子的Bohr理论原子光谱（线光谱linespectrum）氢原子光谱（一）氢光谱（二）氢原子的Bohr理论氢原子的核外电子在各种可能的量子化轨道上运动时所具有的能量

5、为：RH为常数2.18×10-18，n为主量子数。若从外界获得能量时，处于基态的电子可以跃迁到离核较远的能量较高的n≥2的轨道上，这就是激发态。当n=1时，电子在离核最近的轨道（半径为59.2pm）球形轨道上运动，能量最低，这就是氢原子的基态。（3）激发态不稳定,电子回到较低能量的状态时，能量差以光子的形式发射出来,两个轨道能量差决定光量子的能量，即：hυ=E2－E1=△EBohr的氢原子模型的优缺点优点：成功运用了量子化观点；成功解释了氢原子光谱。缺点：没有完全摆脱经典力学,不能说明多电子原子结构

6、,因此不能完全反映微观粒子的全部特性和运动的规律。旧量子论二、电子的波粒二象性（particle-waveduality）1905年爱因斯坦根据光的干涉、衍射和光电效应，提出了光具有波粒二象性。1924年法国物理学家德布罗意(L.deBrogile)在研究电子的运动规律时，受光的波粒二象性的启发，大胆提出了电子等实物粒子(微观粒子:原子、质子、中子)不仅具有粒子性，也具有波动性的假设。提出了“物质波”公式，称为德布罗意关系式，LdeBroglie的假设德布罗意关系式把微观粒子的粒子性p(m、υ)和波

7、动性λ统一起来。德布罗意的微观粒子波动性的假设三年后被多个实验所证实。如：电子衍射实验1927年,美国的Davisson和Germer用电子束代替X射线，用一薄层镍的晶体代替衍射光栅，投射到照相底片上，得到了衍射图像。证明了电子束同X射线一样具有波动性。电子衍射实验由该实验计算出的电子波的波长与deBroglie关系式计算出的波长一致。electrondiffraction[例9-1](1)电子在1V电压下的速度为5.9×105m·s-1,电子的质量m=9.1×10-31kg,h为6.626×10-

8、34J·s,电子波的波长是多少？(2)质量1.0×10-8kg的沙粒以1.0×10-2m·s-1的速度运动,波长是多少？解：(1)1J=1kg·m2·s-2,h=6.626×10-34kg·m2·s-1根据德布罗意关系式超过了质量数量级(2)远不在一个数量级衍射强度大的地方出现的机会多，衍射强度小的地方出现的机会少，即呈概率分布。任一点衍射波的强度与它出现的概率密度成正比。所以电子波是概率波。如图：大量电子(或少量电子的大量)行为的统计结果。它同机械波、电磁波等的物理