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第1章 原子结构和元素周期律 目 录 1.0 人类认识原子结构的简单历史(副篇) 1.1 核外电子的运动状态 1.2 原子核外电子排布和元素周期律 1.3 元素基本性质的周期性 实验探究 1.0 人类认识原子结构的简单历史（副篇） 1805年 道尔顿 提出原子学说 1897年 汤姆孙 发现阴极射线 1911年 卢瑟福 α粒子散射实验 1913年 玻尔 提出玻尔原子模型 1925年 薛定谔 量子化原子模型 汤姆孙 —— 葡萄干面包原子模型 汤姆孙(Joseph John Thomson)用旋转镜法测量了阴极射线的速度，否定了阴极射线是电磁波。他又通过阴极射线在电场和磁场中的偏转，得出了阴极射线是带负电的粒子流的结论。他进一步测定了这种粒子的比荷，与当时已知的电解中生成的氢离子的荷质比相比较，他假定阴极射线的电荷与氢离子的电荷相等而符号相反，从而得出阴极射线粒子的质量约为氢原子的千分之一。他还给放电管中充入各种气体进行试验，发现其荷质比跟管中气体的种类无关．他又用铅和铁分别作电极，其结果也不改变。由此他得出结论，这种粒子必定是所有物质的共同组成成分。汤姆孙把这种粒子叫做“电子”。 卢瑟福 —— 行星轨道模型 1911年，卢瑟福等人用α粒子去轰击金箔时，发现：绝大部分α粒子都是直线穿了过去，但有极少数α粒子穿过金箔时发生了偏转，有个别α粒子竟然偏转了180，好像是给金箔直接弹回来似的。 玻尔 —— 玻尔原子模型 玻尔在经典物理学的基础上，引入了量子理论成功地解释了氢原子光谱产生的原因和规律。但玻尔理论不能说明多电子原子光谱，也不能说明氢原子光谱的精确结构，这是因为玻尔理论虽然引入了量子化观点，但并没有完全摆脱经典力学的束缚，它的电子绕核运动的固定轨道的观点不符合微观粒子运动特性。 薛定谔 —— 量子化原子模型 薛定谔等则以微粒波动性为基础建立起原子的波动力学模型。 1.1 核外电子的运动状态 1．1．1 核外电子运动的量子化特性——氢原子光谱和玻 尔理论 玻尔原子模型假设： 1 . 定态有核模型 玻尔在肯定了原子有核模型的基础上，假定原子中电子不能沿着任意轨道绕核旋转，而只能沿着符合于一定条件的轨道旋转。 2 . 轨道的量子化条件 玻尔假定核外电子是在某些符合一定条件的轨道上绕核运动的。 这些轨道上的电子具有一定的角动量P，符合以下条件： （1-3） n=1，2，3，4，5… 式中，m为电子质量；v为电子运动速度；r为轨道半径；h为普朗克常数，其值为6.626×10-34 J·s；正整数n称为“量子数”。 电子在不同轨道上旋转时具有不同的能量，电子运动时所处的能量状态称为能级（energy level）。当电子吸收光子时会跃迁到较高能级的激发态上，处于激发态的电子不稳定，会以光的形式释放出能量，从而回到较低能量的基态。光子的频率取决于轨道之间的能量差，这就是跃迁规律。 （1-4） （1-5） 式中，E2为电子处于较高轨道的能量；E1为较低轨道的能量；v为光子的频率，h为普朗克常数。 根据量子化条件，可推出氢原子核外轨道的能量公式： 或 (1-6) 当n=1时，氢原子处于基态，能量最低，为13.6 eV（或-2.179×10-18J）；半径为52.9 pm，称为玻尔半径。 1．1．2 核外电子运动的波粒二象性 1．德布罗意（De.Broglie）关系式 1924年，法国物理学家德布罗意提出实物微粒也应具有波动性的假设。他认为既然光具有二象性，那么微观粒子在某些情况下也应呈现出波动性。即： （1-7） (1-8) 这样，实物微粒若以大小为的动量运动时，就会伴随有波长为的波产生： （1-9） 其中，λ为德布罗意波的波长，表明电子的波动性特征，右边是电子的动