高中化学竞赛原子结构

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1、竞赛≠高考选拔率极低一等奖<1%是课外活动每周都要有活动需长年累月初赛120小时活动需自学为主自学时间>>讲座时间知识要求高竞赛基本要求能力要求高本质上是智力竞赛有兴趣学有余力自愿原子结构与元素周期律专题一初赛要求：原子结构核外电子的运动状态:用s、p、d等表示基态构型（包括中性原子、正离子和负离子）核外电子排布。电离能、电子亲合能、电负性。复赛要求：原子结构四个量子数的物理意义及取值。氢原子和类氢离子的原子轨道能量的计算。s、p、d原子轨道轮廓图及应用。6－1近代原子结构理论的确立6－1－1原子结构模型古希腊哲学家Democritus在公元前5世纪

2、指出，每一种物质是由一种原子构成的；原子是物质最小的、不可再分的、永存不变的微粒。原子atom一词源于希腊语，原义是“不可再分的部分”。直到18世纪末和19世纪初，随着质量守恒定律、当量定律、倍比定律等的发现，人们对原子的概念有了新的认识。1805年，英国化学家J.Dalton提出了化学原子论。其主要观点为:化学反应只是改变了原子的结合方式，是使反应前的物质变成了反应后的物质。每一种元素有一种原子；同种元素的原子质量相同，不同种元素的原子质量不相同；物质的最小单位是原子，原子不能再分；一种原子不会转变成为另一种原子；Dalton的原子论解释了一些化学

3、现象，极大地推动了化学的发展，特别是他提出了原子量的概念，为化学进入定量阶段奠定了基础。但是这一理论不能解释同位素的发现，没有说明原子与分子的区别，不能阐明原子的结构与组成。19世纪末和20世纪初，在电子、质子、放射性等一批重大发现的基础上，建立了现代原子结构模型。虽然人类很早就从自然现象中了解了电的性质，但对电的本质认识是从18世纪末叶对真空放电技术的研究开始的。1879年，英国物理学家W.Crookes发现了阴极射线。随后，在1897年英国物理学家J.J.Thomson进行了测定阴极射线荷质比的低压气体放电实验，证实阴极射线就是带负电荷的电子流，

4、并得到电子的荷质比e∕m=1.7588×108Cg-1。1909年美国科学家R.A.Millikan通过他的有名的油滴实验，测出了一个电子的电量为1.602×10-19C，通过电子的荷质比得到电子的质量m=9.11×10-28g。放射性的发现是19世纪末自然科学的另一重大发现。1895年德国的物理学家W.C.Rongen首先发现了X－射线。这种射线最初是由真空放电管中高能量的阴极射线撞击玻璃管壁而产生的，用高速电子流轰击阳极靶也可产生X射线。X-射线能穿过一定厚度的物质，能使荧光物质发光，感光材料感光，空气电离等。1896年法国物理学家A.H.Be

5、cquerel对几十种荧光物质进行实验，意外地发现了铀的化合物放射出一种新型射线。法国化学家M.S.Curie以铀的放射性为基础进行研究，陆续发现了放射性元素镭、钋等，发现了放射过程中的α粒子、β粒子和γ射线。1911年，Rutherford根据α粒子散射的实验，提出了新的原子模型，称为原子行星模型或核型原子模型。该模型认为原子中有一个极小的核，称为原子核，它几乎集中了原子的全部质量，带有若干个正电荷。而数量和核电荷相等的电子在原子核外绕核运动，就像行星绕太阳旋转一样，是一个相对永恒的体系。英国物理学家G.J.Mosley在1913年证实了原子核的正

6、电荷数等于核外电子数，也等于该原子在元素周期表中的原子序数。虽然早在1886年德国科学家E.Goldstein在高压放电实验中发现了带正电粒子的射线，直到1920年人们才将带正电荷的氢原子核称为质子。1932年英国物理学家J.Chadwick进一步发现穿透性很强但不带电荷的粒子流，即中子。后来在雾室中证明，中子也是原子核的组成粒子之一。由此，才真正形成了经典的原子模型。6－1－2氢原子光谱用如图6－1所示的实验装置，可以得到氢的线状光谱，这是最简单的一种原子光谱。图6－1氢原子光谱实验示意图任何原子被激发时，都可以给出原子光谱，而且每种原子都有自己的

7、特征光谱。这使人们意识到原子光谱与原子结构之间势必存在着一定的关系。当人们试图利用Rutherford的有核原子模型从理论上解释氢原子光谱时，这一原子模型受到了强烈的挑战。1913年，丹麦物理学家Bohr提出了新的原子结构理论，解释了当时的氢原子线状光谱，既说明了谱线产生的原因，也说明了谱线的波数所表现出的规律性。6－1－3玻尔理论1900年，德国科学家Planck提出了著名的量子论。Planck认为在微观领域能量是不连续的，物质吸收或放出的能量总是一个最小的能量单位的整倍数。这个最小的能量单位称为能量子。1905年瑞士科学家Einstein在解释光

8、电效应时，提出了光子论。Einstein认为能量以光的形式传播时，其最小单位称为光量子，也叫光子。光子能量的