通识大化-化学元素和物质结构ppt课件.ppt

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1、第2章化学元素和物质结构上海交通大学化学化工学院大学化学教研室Dalton, John(1766-1844)原子理论AtomicTheory(1803)不同元素代表不同原子分子是由原子在空间按一定方式或结构结合而成分子的结构直接决定其性能，分子进一步聚集成物体2.1原子结构2.1.1原子结构理论的初期发展1.人们对原子结构的认识(1908NobelPrizeinChemistry)卢瑟福原子模型的描述？原子有核即原子核核的体积极小；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

2、动。Rutherford原子结构模型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。Anunsatisfactoryatomicmodel经典物理学概念遇到的难题氢原子光谱不连续光谱—原子发射光谱碱金属Naline(589nm):3p3stransitionLiline:2p2stransitionKline:4p4stransition1913年，玻尔提出了原子结构理论的三点假设：电子不是在任意轨道上绕核运动，而是在一些符合

3、一定条件的轨道上运动，轨道的角动量等于h/2π的整数倍。电子在离核越远的轨道上运动，其能量越大。处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核较近的轨道上，在跃迁的同时会以光子形式释放出光能。2.氢原子光谱和玻尔(Bohr)理论NielsBohr1885-1962Copenhagen,DenmarkLaureateoftheNobelPrizeinPhysics1922电子在不同的电子层间发生跃迁Rydbergconst.R=3.289×1015s-1玻尔原子理论的成功之处提出了量子的概念成功地解释了氢原

4、子光谱的实验结果用于计算氢原子的电离能玻尔原子理论的局限性无法解释氢原子光谱的精细结构不能解释多电子原子、分子或固体的光谱2.1.2.核外电子运动的特征光的波粒二象性普朗克的量子理论爱因斯坦的光子学说粒子性---光电效应波动性---干涉、衍射h:普朗克常数6.62×10-34J·s1.微观粒子的波粒二象性E,P－表征粒子性ν,λ－表征波动性由h定量相联系微观粒子的波粒二象性LouisdeBroglie(1892-1983Paris,France)LaureateoftheNobelPrizeinP

5、hysics1929电子通过Al箔和石墨的衍射图(a)(b)微观电子2.测不准原理宏观物体子弹m=10g研究微观世界粒子运动状态——量子力学WernerHeisenberg(1901-1976,Lipzig,Germany)LaureateoftheNobelPrizeinPhysics19321.薛定谔方程――微粒的波动方程2.2.1薛定谔方程和波函数Ψ：波函数x,y,z：空间坐标E：体系的总能量V：势能ErwinSchrödinger(1887-1961,Vienna,Austria)Laur

6、eateoftheNobelPrizeinPhysics1933"forthediscoveryofnewproductiveformsofatomictheory"薛定谔方程――微粒的波动方程ψ是一个三变数r,θ,φ和三参数n,l,m的函数例：n=1,l=0,m=0时n=2,l=0,m=0时n=2,l=1,m=0时2.波函数和原子轨道薛定谔方程的解：(x,y,z)的具体函数形式。包含n,l,m三个常数项的三变量函数：n,l,m三个量子数是薛定谔方程有合理解的必要条件。波函数和原子轨道波函数Ψ是

7、量子力学中描述核外电子运动状态的数学函数式。波函数Ψ描述了核外电子可能出现的一个空间区域（原子轨道），不是经典力学中描述的某种确定的几何轨迹。

8、

9、2表示空间某处单位体积内电子出现的概率（概率密度）。2.2.2.四个量子数及对应的轨道的空间图像主量子数(n):描述原子中电子出现概率最大区域离核的远近，或者说它决定电子层数取值:1,2,3,…n等正整数.电子层数n1234567光谱学符号KLMNOPQ角量子数l它表示原子轨道角动量的大小,原子轨道或电子云的形状,即电子亚层。取值:0，1，2，3,…,

10、（n－1）(共n个取值)l0123光谱学符号spdf电子云球形哑铃形花瓣形Theallowedvaluesforangularmomentumquantumnumber,lnl1234(subshellsymbol0000s111p22d3f)s轨道球形p轨道哑铃形d轨道有两种形状角量子数l◆与角动量的取向有关，取向是量子化的◆m可取0，±1,±2……±l◆值决定了ψ角度函数的空间取向◆m值相同的轨道互为等价轨道Theallowedvaluesformagneticquantumn