原子结构与元素周期表

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1、第五章原子结构与元素周期性第五章原子结构与元素周期性一、原子与元素（自学）二、原子结构的近代概念运用1926年薛定谔建立起量子力学讨论研究原子结构，形成了近代概念。（一）电子的波粒二象性。20世纪初，人们已发现光具有波粒二象性。对电子来说，人们早已知道它是一种有确定体积（直径d=10-15m）和质量（9.1×10-31kg）的粒子，故具有微粒性。电子的波动性是1927年科学家们用电子衍射实验加以证实，如p131图示电子衍射环纹。与光的衍射图相似，因此电子也具有波动性。以后进一步证明，质子、中子等

2、微观粒子也具有波粒二象性，这使经典力学在证明微观粒子物质上出现问题。（一）电子的波粒二象性微观粒子运动的特性：从波粒二象性的特点出发，原子中电子的运动规律是怎样的？由慢射电子枪实验，推论：原子中个别电子某时刻在什么地方出现虽然不能确切知道，也没有确定数量，但核外电子的分布似是有规律的：电子在核外空间某区域出现的机率较大，而另一些区域电子出现的几率较小。量子力学认为：原子核外电子的运动具有按机率分布的统计规律性。（所谓统计是一种研究方法：即一个电子亿万次重复研究，所得的结果我们所取的目的的研究方法

3、）。（二）原子轨道1、波函数1926年薜定谔根据波一粒二象性的概念提出了一个描述微观离子运动的基本方程——薜定谔波动方程，它是一个二阶偏微分方法。式中：Y叫波函数，E为体系的总能量，V为微粒势能，h为普朗克常数，m为微粒的质量，x、y、z为空间直角坐标。对氢原子体系来说，Y是描述氢原子核外电子运动状态的数学表示式，是空间直角坐标(x.y.z)的函数。Y=f(x.y.z)；E为氢原子H的总能量；V为电子的势能（即核对电子的吸引能）；m为电子质量。可见，量子力学是用波函数和与其对应的能量来描述微粒粒

4、子运动状态的。原子中既然是描述电子运动状态的数学表示式，而且又是空间坐标的函数，Y=f(x.y.z)可以用其作图，其空间图象可以形象地理解为电子运动的空间范围——俗称“原子轨道（又称原子轨函）”。波函数的空间图像就是原子轨道，原子轨道的数学表示式是波函数，故波函数和原子轨道常作同义语使用。对氢原子，2、原子轨道角度分布图Y=f(x.y.z)，有四个量在空间不便作图，将直角坐标变为球半径（r.θφ）然后利用数学中的变量分离法，将Y=f(r.θ.φ)分解为三个独立函数方程再进行角度部分合并，即Y=R

5、(r)·Y(θ.φ)。波函数就分成了径向分布部分R(r)和角度分布部分（Y）。分布用的角度部分Y(θ.φ)作的图称为原子轨道的角度分布图。注意图中的“+”“－”不是正、负电，而是Y函数为正负值。（三）电子云1、概率密度电子在原子核外空间某处单位体积内出现的概率，称为概率密度（ρ）。概率密度与Y间是怎样的关系？在光的波动方程中，Y代表电磁波的电磁场强度，而且光的强度是与光的电磁场强度Y的绝对值平方成正比。用类比的方法，推理到原子中电子数：在原子核外某处空间电子出现的概率密度（ρ）也是和电子波在该处

6、的强度（）的绝对值平方成正比的。ρ∝在研究ρ时，有实际意义的只是它在空间各处的相对密度，而不是其绝对值本身，故作图时可不考虑ρ与间的比例系数，因此，电子在原子内核外某处出现的概率密度可直接用来表示。即光的强度∝，由于。2、电子云为了形象地表示核外电子运动的概率分布情况，化学上常用黑点分布的疏密来表示电子出现概率密度的相对大小。密——概率密度大，平均体积内电子出现的机会多，用这种方法（小黑点的疏密）来描述电子在核外出现的概率密度分布所得的空间图像称电子云。由于概率密率ρ∝，若以作图，可得到电子云的

7、近似图象。将的角度分布部分（）作图，所得图象称为电子云角度分布图。比较Y和两种角度分布图可得：相似点：图形基本相似。不同点：（1）原子轨道角度分布图有“+”、“-”之分，而电子云图均为“+”；（2）电子云图要“瘦”些，因Y值一般是小于1的。（四）量子数要比较具体描述原子中各电子的状态（电子所在的电子层，原子轨道能级，形状，方向及电子自旋的方向等）则需要四个参数才行。1、主量子数（n）含义：（1）描述电子层离核的远近；（2）描述电子层能量的高低。取值：取零以外的正整数，其中每一个数代表一个电子层。

8、主量子数（n）：12345……电子层：第一层第二层第三层第四层第五层……电子层符号：KLMNO……n值越小，电子层离核越近，能量越低。2、副（角）量子数（l）含义：（1）在多电子原子中与n一起决定电子亚层的能量，l值越小，亚层能量越低。（2）每一个l值决定电子层中的一个亚层；（3）每一个l值代表一种电子云或原子轨道的形状。取值：从0开始一直取到(n-1)的正整数副量子数(l):0123…（n-1）电子亚层符号:spdf…原子轨道（或亚层）：球形哑铃形花瓣形3、磁量子数(m)含义：描述原子轨道或电