原子结构及元素周期性

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1、第4章原子结构及元素周期性7/15/20211学习要求1.了解微观粒子运动的特殊性及原子轨道、波函数、概率、概率密度、电子云的概念，了解原子轨道和电子云的角度分布特征;2.掌握描述电子运动状态的四个量子数的物理意义、取值规律和合理组合。3.掌握原子核外电子排布规律，并根据电子排布式判断元素在周期表中的位置及有关性质。4.了解原子半径、有效核电荷、电离能、电子亲和能和电负性的概念，并掌握其递变规律。7/15/20212长江大学化工学院本章内容第一节氢原子光谱和玻尔理论第二节微观粒子的运动特征第三节核外

2、电子运动状态的描述第四节多电子原子结构第五节元素的电离能、电子亲和能和电负性7/15/20213长江大学化工学院4.1氢原子光谱和玻尔理论4.1.1氢原子光谱7/15/20214长江大学化工学院4.1.1氢原子光谱结论：(1)氢原子光谱是不连续的线状光谱，具有量子化的特征。(2)从长波到短波，谱线间的距离越来越小，且谱线具有确定的位置，具有明显的规律性。7/15/20215长江大学化工学院4.1.2玻尔理论1、理论要点：①核外电子运动取一定的轨道，在此轨道上运动的电子既不吸收能量也不放出能量；②在不

3、同轨道上运动的电子具有不同的能量，其能量只能取某些由量子化条件决定的正整数值；③电子在不同的轨道上跃迁时，吸收或放出能量。7/15/20216长江大学化工学院2、波尔理论的应用（对氢原子光谱的解释）①氢原子在正常或稳定状态时，电子在n=1的轨道上运动，称为基态E=13.6eV或2.179×10-18J,其半径为52.9pm，称为玻尔半径。4.1.2玻尔理论7/15/20217长江大学化工学院4.1.2玻尔理论②对于氢原子，当激发到高能态E2的电子跃回到较低能态E1时所放出的能量以光的形式表现出来。E

4、2－E1＝hn2>n1且n1=2，n2=３，４，５，６……7/15/20218长江大学化工学院4.1.2玻尔理论3、优点冲破了经典物理中能量连续变化的束缚，用量子化解释了经典物理学无法解决的原子结构和氢光谱的关系，指出原子结构具有量子化的特性。4、缺陷由于没有考虑电子运动的另一重要特性——波粒二象性，使电子在原子核外的运动采取了宏观物体的固定轨道，致使玻尔理论在解释多电子原子的光谱和光谱线在磁场中的分裂，谱线的强度等实验结果时，遇到了难以解决的困难。7/15/20219长江大学化工学院4.2微观粒子

5、的运动特征4.2.1波粒二象性1.光的波粒二象性由E=mc2和E=hv,可得c=λv光的波粒二象性可表示为：mc=E/c=λv/c即P=h/λ光具有动量和波长，也即光具有波粒二象性。7/15/202110长江大学化工学院4.2.1波粒二象性2.德布罗依波具有质量为m的微观粒子，运动速度为v，其相应的波长为。这种实物微粒具有的波称为德布罗依波（也叫物质波）。7/15/202111长江大学化工学院4.2.2量子化玻尔模型：(1)氢原子中，电子可以处于多种稳定的能量状态（基态和激发态）；En=E0/n2(

6、2)n越大，表示电子离核越远，能量就越高；(3)电子发生跃迁时，才会放出或吸收能量。即，能量是量子化的，不连续的，由此产生的原子光谱必然是分离的，不连续的。7/15/202112长江大学化工学院海森堡测不准原理：电子在核外空间所处的位置与电子运动的动量两者不能同时准确地测定，二者误差的乘积为一定值h，即△x·△p≈hv（△x－粒子位置的不准量；△p－粒子动量的不准值）结论：a、粒子位置的测定准确度越大，则相应的动量的测定正确度越小，反之亦然。b、微观粒子运动与宏观物体的运动不同，没有确定的一成不变的

7、固定轨道，轨道一词在微观世界中根本就不存在。4.2.3测不准原理7/15/202113长江大学化工学院1926年，奥地利物理学家薛定谔（Schrödinger）提出了微观粒子运动的波动方程，即薛定谔方程：其中，为波动函数，是空间坐标x、y、z的函数。E为核外电子总能量，V为核外电子的势能，h为普朗克常数，m为电子的质量。4.3核外电子运动状态的描述4.3.1薛定谔方程7/15/202114长江大学化工学院4.3.2波函数()与电子云(ll2)1、波函数是描述核外电子运动状态的函数，也称为原子轨

8、道。没有明确的物理意义。2、ll2代表在单位体积内发现一个电子的概率，称为概率密度。3、用点的疏密来表示ll2值的大小，就得到电子云图。即电子云是概率密度的形象化描述。4.3核外电子运动状态的描述yxb7/15/202115长江大学化工学院1、主量子数n表示核外的电子层数并确定电子到核的平均距离决定电子能量高低的主要因素确定单电子原子的电子运动的能量n的取值：n=1，2，3，4，…求解H原子薛定谔方程得到：每一个对应原子轨道中电子的能量只与n有关：n的值越大，电子