第2章 原子结构和元素周期性

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1、第2章原子结构和元素周期律2.1氢原子光谱和玻尔理论2.2原子的量子力学模型2.3多电子原子核外电子的分布2.4元素周期系和元素基本性质的周期性10/7/202111、通过氢原子光谱和玻尔理论的讨论建立近代微观粒子结构的初步概念；2、了解微观粒子的波粒二象性、能量量子化和统计解释；3、掌握四个量子数的量子化条件及其物理意义；4、掌握波函数、原子轨道、电子云、电子层、电子亚层、能级等概念的含义；5、理解s、p、d原子轨道和电子云的角度分布图；6、了解原子轨道的能级组，掌握核外电子的分布原则，能写出一般元素的原子核外电子分布式；7、理解原子结构和元素周期系的关系，元素性质（

2、原子半径、电离能、电子亲和能、电负性）与原子结构的关系。本章学习要求2.1氢原子光谱和玻尔理论2.1.1氢原子光谱(1-2)1、实验10/7/20213氢原子光谱是不连续的线状光谱，具有量子化的特征。与经典理论相矛盾。2.1.1氢原子光谱(2-2)经典电磁理论认为：电子绕核作高速圆周运动，发出连续电磁波→连续光谱，电子能量↓→坠入原子核→原子湮灭2、结论：10/7/202141、理论要点：①定态轨道：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轨道能级：在一定轨道上运动的电子具有一定的能量，其能量只能取某些由量子化条件决定的正整数值。2.1

3、.2原子的玻尔模型(1-3)10/7/20215①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。2、波尔理论的应用（对氢原子光谱的解释）2.1.2原子的玻尔模型(2-3)②对于氢原子，当激发到高能态E2的电子跳回到较低能态E1时所放出的能量以光子形式表现出来。E2－E1＝h10/7/202164、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

4、，遇到了难于解决的困难。2.1.2原子的玻尔模型(3-3)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。10/7/20217１、量子性2.2原子的量子力学模型普朗克量子论：辐射能的放出或吸收并不是连续的，而是按一个基本量或基本量的整数倍被物质吸收或放出，即能量是量子化的。这种能量的最小单位叫能量子，简称量子。电子的能量是量子化的。对宏观物体，物理量往往是最小单位的极大倍数，因而量子化特征极不明显。而对微观粒子，量子化是其运动的一个基本特征。2.2.1微观粒子的运动特征(1-4)10/

5、7/202182、波粒二象性1905年，爱因斯坦提出光子学说——光有波粒二象性；1924年，年轻的法国物理学家德布罗依受到启发，大胆提出：“一切实物粒子都具有波粒二象性。”这种波称为德布罗依波或物质波：2.2.1微观粒子的运动特征(2-4)10/7/20219结论：普朗克常数h是联系宏观（p代表粒子性）和微观（λ代表波动性）的桥梁。实验结果（电子衍射图）1927年，美国的戴维逊、革麦的电子衍射实验证明：电子束衍射图和光衍射图是极相似的同心圆环——证明电子确实有波动性。2.2.1微观粒子的运动特征(3-4)10/7/202110物质波在空间任一点的强度与粒子在该点出现的概

6、率成正比，故物质波又称概率波（衍射强度大处，电子出现概率大，图中出现亮环纹）3、统计性2.2.1微观粒子的运动特征(4-4)10/7/2021112.2.2波函数和原子轨道（1-11)1926年，奥地利物理学家薛定谔从微观粒子具有波粒二象性出发，提出了著名的薛定谔方程，描述微观粒子的运动状态。它是描述微观粒子运动的基本方程——二阶偏微分方程。1、波函数和原子轨道10/7/2021122.2.2波函数和原子轨道（2-11)E：总能量＝势能＋动能V：势能m：电子的质量ψ：波函数h：普朗克常数x，y，z：空间坐标解上述方程可以得到ψ和E解薛定谔方程不是易事，也不是本课程的任务

7、，我们用其结论。10/7/202113n,l,m(x,y,z)→n,l,m(r,,)=Rn,l(r)·Yl,m(,)Rn,l(r)是径向波函数;Yl,m(,)是角度波函数。2.2.2波函数和原子轨道（3-11)10/7/202114Rn，l(r):径向波函数，它只随电子离核的距离r而变化，并含有n，l两个量子数。Yl，m(,):角度波函数,它只随,变化，含有l，m两个量子数。当三个量子数n,l,m的数值一定，就确定,就有一个波函数的具体表达式，电子空间的运动状态也就确定了。量子力学中，把三个量子数都有确定值的波函