基础化学第6章原子结构

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1、第6章原子结构目录§6.1概述§6.2核外电子运动状态的描述§6.3多电子原子的能级§6.4多电子原子的核外电子排布规则§6.5原子的电子构型和周期律§6.6主要的原子参数及其变化规律§6.1概述§6.1.1卢瑟福的含核原子模型卢瑟福“太阳-行星模型”的要点：1.所有原子都有一个核即原子核2.核的体积只占整个原子体积极小的一部分；3.原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上；4.电子像行星绕着太阳那样绕核运动。在对粒子散射实验结果的解释上,卢瑟福的原子模型的成功是显而易见的,至少要点中的前三点是如此。根据当时的物理学概念

2、,带电微粒在力场中运动时总要产生电磁辐射并逐渐失去能量,运动着的电子轨道会越来越小,最终将与原子核相撞并导致原子毁灭。由于原子毁灭的事实从未发生,将经典物理学概念推到前所未有的尴尬境地。§6.1.2波的微粒性电磁波是通过空间传播的能量。可见光只不过是电磁波的一种。电磁波在有些情况下表现出连续波的性质，另一些情况下则更像单个微粒的集合体，后一种性质叫作波的微粒性。§6.1.3普朗克量子论1900年,普朗克(PlankM)提出著名的普朗克方程：E=hv式中的h叫普朗克常数其值为6.626×10-34J·s。普朗克认为,物

3、体只能按hv的整数倍(例如1hv,2hv,3hv等)一份一份地吸收或释出光能,而不可能是0.5hv,1.6hv,2.3hv等任何非整数倍。即所谓的能量量子化概念。普朗克提出了当时物理学界一种全新的概念,但它只涉及光作用于物体时能量的传递过程(即吸收或释出)。§6.1.4光电效应爱因斯坦认为,入射光本身的能量也按普朗克方程量子化,并将这一份份数值为1hv的能量叫光子,一束光线就是一束光子流.频率一定的光子其能量都相同,光的强弱只表明光子的多少,而与每个光子的能量无关。爱因斯坦对光电效应的成功解释最终使光的微粒性为人们所

4、接受。1905年,爱因斯坦(EinsteinA)成功地将能量量子化概念扩展到光本身,解释了光电效应。波的微粒性导致了人们对波的深层次认识，产生了讨论波的微粒性概念为基础的学科量子力学。Einstein的光子学说电子微粒性的实验Plank的量子论已知光子的能量：E=hυ；c=υλ光子的动量：P=mc故P=E/c=hυ/c=h/λ§6.1.5波粒二象性核外电子运动的特性1、光子的二象性：20世纪初人们根据光的干涉、衍射和光电效应等大量实验认识到光既有波动的性质，又有微粒子的性质，即光的波粒二象性。按照相对论的质能联系定

5、律：E=mc2；m=E/c22、实物粒子的波粒二象性对于质量为m，速度为v的微粒，其波长可用下式求得：=h/mv这种波称为德布罗意波或物质波。H+HH-DHe波尔以波的微粒性（即能量量子化概念）为基础建立了氢原子模型。薛定谔等则以微粒波动性为基础建立起原子的波动力学模型。波粒二象性的重要性在于§6.1.6玻尔原子模型1、玻尔原子模型的建立爱因斯坦的光子学说普朗克的量子化学说氢原子的光谱实验卢瑟福的有核模型Bohr在的基础上，建立了Bohr理论波粒二象性2、玻尔理论(三个假设)1、定态轨道的假设：原子中的每个电子，都

6、是围绕原子核在一个固定的、有一定能量和有特定半径的定态圆形轨道上运动的。每个轨道表达（描述）了原子中电子的一种固定的运动状态。2、轨道能量的假设：轨道能量符合量子化特点。轨道所具有的能量随轨道离核距离不同而不同。离核越远的轨道能量越高。3、能量的吸收和释放的假设：电子运动时所处的能量状态称为能级。在正常情况下，电子是在离核最近、能量最低的轨道上运动的。此时电子既不释放能量，也不吸收能量，处于稳定状态，称为基态（n=1的轨道）玻尔模型认为,只有当电子从较高能态(E2)向较低能态(E1)跃迁时,原子才能以光子的形式放出能

7、量,光子能量的大小决定于跃迁所涉及的两条轨道间的能量差：ΔE=E2－E1=hνE:轨道的能量ν：光的频率h:Planck常量3、玻尔理论成功之处●计算氢原子的电离能●解释了H及He+、Li2+、B3+的原子光谱波型HαHβHγHδ计算值/nm656.2486.1434.0410.1实验值/nm656.3486.1434.1410.2●说明了原子的稳定性●对其他发光现象（如Ｘ射线的形成）也能解释4、玻尔理论不足之处●不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂●不能解释氢原子光谱的精细结构●不能解释多电子原子的光谱1927年德国的

8、物理学家海森堡提出了量子力学中的一个重要关系式——测不准关系：△x.△P≥h/4л该式表明：粒子位置的测定准确度越大(△x越小)，则其相应的动量的准确度就越小(△P越大)，反之亦然§6.1.7测不准原理量子力学从微观粒子具有波粒二象性出发，认为微观粒子的运动状态可用波函数(x,y,z)来描述。波函数可通过量子力学的基本方程求解。§6.2.1薛