大学化学第一章原子结构和元素周期系

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1、任颜卫Email:renyw@scut.edu.cnTel:15914305729办公室：北校区15号楼229大学化学教程教学要求与安排学时：33教材：《大学化学教程》，第二版，化工出版社学习方法：预习，听课，作业，复习，答疑成绩评定：平时（30%）、考试（70%）理论课与实验课关系主要参考书普通化学原理（第三版），华彤文，北大出版社，2005无机化学（上、下），武大、吉大，高教出版社，1999大学化学（上、下），傅献彩，高教出版社，1999Chemistry:TheCentralScience（8thEd.）

2、,T.L.Brown,H.E.LeMay,Jr.,andB.E.Burstein,PrenticeHall,2000什么是化学？化学是在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、制备、性能及其变化规律的科学。石墨的六方晶胞用隧道扫描显微镜放大后的石墨层状结构为什么要学习化学？可以了解化学变化的原理，搞清发生在我们身边的许多“为什么”；可以更好的利用自然资源，提炼物质并合成新物质；可以帮助人类在能源、材料、生命现象、生态环境等多领域中研究创新，开辟新的道路。接受化学的启蒙教育，具备一定的化学基础知识是进行科学、工程、

3、医学、农业、工业和科技专业工作者所必需！授课内容化学基础知识原子结构与元素周期率（第一章）分子结构（第二章）晶体结构（第三章）化学反应的基本原理（第四章）化学与环境保护（第五章）化学与能源（第六章）化学与材料（第七、八章）第一章原子结构和元素周期系原子构成自然界中各种元素的基本单位，具有该元素的化学性质，并能在化学反应中保持；由带正电荷的原子核（由质子和中子构成，决定元素的化学性质，并在化学反应中保持不变）和在原子核的库仑场中运动的带负电的电子（化学反应中其数目及运动状态均可能发生变化）组成。本章主要内容1-1

4、经典核原子模型1-2氢原子结构的量子力学模型：波尔模型1-3核外电子运动的波粒二象性1-4原子结构的波动力学模型1-5各种元素的基态原子核外电子排布1-6原子结构与元素性质的关系1-1经典的原子模型19世纪末，物理学家在气体低压放电（阴极射线）的现象中发现了电子；1897年，汤姆逊（Thomson）最早测定了电子的荷质比（e/m），并发现电子普遍存在于原子中；1911年，卢瑟福（Rutherford）在α粒子散射实验中证实原子中存在质量较大、带正电荷的原子核。Rutherford的“太阳-行星模型”基本论点：所

5、有原子都有一个核即原子核（nucleus）；核的体积只占整个原子体积极小的一部分；原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上；电子像行星绕着太阳那样绕核运动。经典物理学概念面临的窘境（1）在对粒子散射实验结果的解释上，新模型的成功是显而易见的，至少要点中的前三点是如此。问题出在第4点，尽管卢瑟夫正确地认识到核外电子必须处于运动状态，但将电子与核的关系比作行星与太阳的关系却是一幅令人生疑的图像。Anunsatisfactoryatomicmodel根据当时的物理学概念，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

6、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。经典物理学概念面临的窘境（2）根据卢瑟福原子模型，电子绕核高速运动，其放出的能量是连续的，如此得到的原子光谱应该是连续的带状光谱（E=hv），但是实验得到的原子光谱确是线状的！连续光谱描述微观物体运动规律的需求呼唤物理学新理论的诞生！丹麦物理学家玻尔将卢瑟福的原子行星模型与普朗克量子论巧妙地结合，提出了著名的玻尔假说:尼尔斯·玻尔N.Bohr，1885~1962●原子中的电子只

7、能在符合一定量子化条件的固定的轨道上绕核运动；符合量子化条件的轨道称为稳定轨道，具有固定的能量E，电子在稳定轨道上运动时，不放出能量。1-2玻尔理论1913●电子在离核越远的轨道上运动，其能量越大。通常电子保持在能量最低的状态即基态，基态是最稳定的状态。当原子从外界获得能量时，电子可以跃迁到离核较远的较高能量的轨道上去，这时电子所处状态称为激发态。●处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核较近的轨道上，这时会以光子形式释放出光能，光的频率决定于两条轨道之间的能量之差：式中E2为电子处于激发态时的能量；E1为电子处

8、于低能级时的能量；v为光的频率；h为普朗克常数;玻尔理论1913玻尔根据经典力学原理和量子化条件，计算了电子运动的轨道半径r和电子的能量E，推求出氢原子核外电子运动的轨道半径和能量：n=3时，r3=33×52.9pm，E3=-1312.17/33kJ·mol-1当n=1时，r1=12×52.9pm，E1=-1312.17/12kJ·mol-1n=2时，r2=22×52.9pm，E2=-