原子结构(另).pptVIP

第四章 原子结构 [引言]化学变化是分子间原子的重新组合。要深入理解化学反应的实质，掌握元素及其化合物的性质，就必须了解原子的结构。 [方法] 轻因重果，为我所用。 第一节 原子结构的复杂性 一、星式原子模型 1897年发现电子； 1911年Rutherford根据α离子散射实验结果，提出星式原子模型； [评述]奠定了正确认识原子结构的基础；但根据电磁学：原子将毁灭，所产生的光谱应为连续光谱。 光谱：光通过分光镜后形成的色带（谱线）。 连续光谱：色带无明显的分界线，为连续波长光。 线状光谱：谱线是分立的，有明显的分界。 二、近代原子模型——玻尔理论 1、氢光谱 在可见光区有四条分立谱线；λ=b×[n2／(n2－4)] ν=R(1／n12 － 1／n22) 碱金属原子的光谱也有类似规律。 2、Bohr理论 要点： ①电子在符合量子化条件的轨道上绕核运动，这些轨道称为稳定轨道，电子在稳定轨道上运动不释放能量； ②轨道离核越远，能量越大； 关系式：E=－2.179×1018／n2 基态：电子尽可能处于能量最低轨道的状态； 激发态：获得能量，电子跃迁到能量高轨道的状态。 ③脱离供给能量体系，激发态不稳定，电子将从高能级回到较低能级，以光子形式放出能量。 光子学说：△E=hν 对氢光谱及原子结构的解释。 [简评]是结构理论的重大突破，但对原子结构复杂性仍认识不够。 三、电子的波粒二象性 波动性：表征：波长、频率、衍射干涉等； 粒子性：速度、质量、动量等。 光子学说启发，法国de Broglie设想电子具有波动性。很快被电子衍射实验所证实。 可见，高速运动的电子，在原子中的运动规律必然与宏观物体不同。 测不准原理——Heisenberg △X·△P≥h／2π 第二节 核外电子状态的描述 一、原子轨道 Schr?dinger方程 [说明]①方程的解Ψ非具体数值，而是一函数关系； ②有很多数学解Ψ； ③须同时引入三个限制条件，即三个量子数， Ψ才具有确定的物理意义；换句话说，一组量子数确定后，对应唯一解Ψ和相应的能量确定，该电子的运动状态确定。 1、原子轨道与波函数 每个特定解Ψn?m表示电子运动的一稳定状态，借用“轨道”名称，称Ψ为原子轨道。 2、量子数n、?、m——限制条件 ①取值规则（制约关系） n：自然数； ?：≤ n-1，即0，+1，+2… n-1； m：|m|≤ ?，即0，±1，±2 … ±?。 ②n——主量子数 意义：表示电子离核的远近（统计意义）；是决定电子能量的主要因素，常将n决定的能量状态称为电子层(主层）。 ③?——角量子数 意义：确定原子轨道的形状，在多电子原子中是决定电子能量的次要部分。称为电子亚层或能级。 能量关系： 单电子体系：仅由n决定； 多电子体系：由n和?共同决定。 ④m——磁量子数 意义：决定原子轨道在空间的伸展方向，不影响电子能量。 [说明]Ⅰ、简并轨道——能量相同的轨道； Ⅱ、m有几个值，就有几个轨道。 二、电子云——统计观点 形象说明原子轨道。 1、几率：电子在空间出现的机会； 2、几率密度：电子在空间单位体积出现的机会。 根据电子衍射现象，几率密度等于|Ψ|2 。 3、电子云：用小黑点的疏密表示空间各处电子几率密度大小，得到的图形。 三、自旋量子数ms 意义：表征电子的自旋情况，取值±1/2 [小结] 电子的运动状态需用一套四个量子数来描述，缺一不可，即四个量子数确定后，电子在核外空间的运动状态就确定了。 四、电子运动的可能状态数 [分析] 第三节 核外电子排布和原子结构周期性 [前提]基态原子 一、排布原理 1.能量最低原理； 2.Pauli不相容原理:原子中每个电子的一套量子数不允许完全相同。 3.其他规则（后述） 二、能级顺序——近似能级图 1、能级交错现象； 徐光宪先生n+0.7?规则。 2、能级组：能量相近的能级划分为一组； 3、近似能级图——电子填充顺序 三、电子排布 原子序数=核电荷数=核外电子数 电子排布式、轨道式 1、Hund规则： 电子将尽可能多分占不同的简并轨道，且自旋平行。 2、Hund规则特例： [例外]Nb、Ru、Rh、W、Pt 简并轨道全充满,半充满,全空,能量相对较低,较稳定。 “原子实”——希有气体结构；“价电子构型” 四、电子排布周期性——周期表 [分析] 1、能级组与周期： 周期是根据最高能级组确定的。 周期数=最高能级组数=该周期元素原子最外电子层的主量子数 2、元素分区、族数与电子构型： 主族元素：族数=最外电子层电子数 副族元素：ⅠB、ⅡB=最外电子层电子数 ⅢB~Ⅷ=nS电子数+(n-1)d电子数 3、规律： ①各周期元素的数目 ②元素原子的最外电子层电子数≤8 ③元素原子的次外电子层电子数≤18 [应用]