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无机化学 第1章 原子结构和元素周期律 1.1 氢光谱为什么是线状光谱，谱线波长与能层间的能量差有什么关系？用氢原子光谱的频率公式计算可见光区四条谱线的频率。 解： 通过火焰、电弧、火花放电或激光使氢原 子 受 激 发 时， 氢原 子 成 为具有较高能量的不 稳 定 的 激 发 态 ，当 它 从 较 高 能 级 跃 回 较 低 能 级 时以光的形式放 出 能 量 ， 经 分 光 计 得 到 氢 光 谱 。△E的大小决定了光幅射有相应的确定频率： △E = E2-E1 = hν = hc/λ (h为普朗克常数，ν为频率，λ为波长，c为光速) 由于△E的变化是不连续的，故氢光谱也应是不连续的，而呈线状光谱。 氢原子光谱的频率公式（可见光区）为： ν = 3.289×1015（1/22-1/n2）s-1 当n = 3，4，5，6，则 ν 1 = 3.289×1015（1/22-1/32）= 4.57×1014 s-1 ν 2 = 3.289×1015（1/22-1/42）= 6.17×1014 s-1 ν 3 = 3.289×1015（1/22-1/52）= 6.91×1014 s-1 ν 4 = 3.289×1015（1/22-1/62）= 7.31×1014 s-1 1.2 波尔理论的要点有哪些？它解决了什么问题？ 缺点是什么？ 解：1913 年 ， 波 尔 为 了 解 释 氢 光 谱 的 实 验 结 果 提 出 原 子 结 构 理 论 ，其 主 要 假 设 有 ： 电子位于原子核外，它只能在符合一定条件或相应与一定能级的轨道上运动，在这种轨道上运动时它不放出能量，即处于“稳定状态”。 轨道离核越近，原子所具有的能量越低，越远则越高。当原子中所含电子都处于离核最近的轨道时，原子所具有的能量最低，此时原子处于正常或稳定状态，称之为基态。当原子从外界获得能量，电子便被激发到较远的即能量较高的轨道上去，这时原子处于不稳定的激发态。 只有电子从激发态回到基态，原子才放出能量，如果放出的是辐射能，则两状态的能量差遵守普朗克公式： △E = E2-E1 = hν 式中 R称之为里德堡常数，n1、n2为电子层数，e、m分别为电子的电量和质量。 玻耳理论成功的解释了氢原子光谱，对氢光谱的理论推算与实验结果非常接近，而且还可以解释类氢原子（只有一个电子的离子）的光谱，初步肯定电子在核外是分层排布的，即引入了主量子数n的概念。但是玻耳理论的推算采用的是研究宏观运动的经典力学，实际上微观粒子的运动是不遵守经典力学规律的，因而玻耳理论不能说明多电子原子的光谱，甚至也不能说明氢原子光谱的精细结构，这些必须通过近代发展起来的专门讨论微观粒子运动的量子力学或波动力学来讨论。 1.3 原子轨道角度分布图上的正、负号是如何得来的？它有什么含义？电子云角度分布图中则没有，试说明这两者的区别。 解：将波函数的角度部分Y（θ，φ）（Y（θ，φ）=（θ）·Φ（φ））用图形表示出来，就称为原子轨道角度分布图。原子轨道角度分布图的正、负号是在作图过程中自然得到的。它反映了Y（θ，φ）随θ，φ角度变化而出现的正、负值, 实际上它表示波的相位。例如，Pz轨道波函数的角度部分为： 如果要作pz角度分布图，只要从原点位置出发，引出不同θ值的直线，令直线的长度为Ypz，联结这些线段的端点，就可以得到如图所示的曲线。不同θ角时的值为(表中c= )： θ 0° 30° 45° 60° 90° 120° 135° 150° 180° cosθ 1 0 - - - -1 Y pz c c c c 0 c c c -c 由于Ypz不含有φ，说明Ypz值不随φ而变，因此，立体的 角度分布图是将这个8字形曲线绕z轴旋转一周得到的曲面。 它好象二个在xy平面上相切的乒乓球。在xy平面上，Ypz=0， 将它称之为节面，节面上下的正、负号表示在这个区域是正值 还是负值。其它原子轨道角度分布图及其正负号，它们也是按上述类似的方法得到的。因Y(θ，φ) 与主量子数无关，故原子轨道角度分布图与主量子数n无关。例如，2px，3px，4px…的角度分布图是完全相同。故图中略去了轨道符号前的主量子数。而电子云的角度分布图|Y(θ，)|2均为正值，在图中一般不标＋号，它比原子轨道角度分布图更“瘦”些。 1.4 原 子 中 电 子 的 运 动 有