原子结构和元素周期律 2:0 §2.2原子的量子力学棋型 §23多电子原子核外电子的运动状态与周期律 §2.4元素的性质与原子结构的关糸
1 原子结构和元素周期律 §2.3 多电子原子核外电子的运动状态与周期律 §2.1 原子结构理论的发展概述 §2.2 原子的量子力学模型 §2.4 元素的性质与原子结构的关系
第一章原子结构和元素周期律 本章要求 、了解近代微观粒子结构的初步概念;了解微观粒子的波粒二象 性、能量量子化和统计解释 2、了解波函数、原子轨道、电子云、能级的基本概念。 3、掌握n,l,m,m四个量子数及其物理意义;理解s,p,d原子轨 道和电子云角度分布图的特征。 理解原子轨道的能级组,屏蔽效应理论及有效核电荷的计算。 掌握核外电子的分布原则及电子分布式的书写,元素周期律和 周期表,元素性质与原子结构的关系;理解原子半径、镧系收缩、 元素的电离能、电子亲和能、电负性、氧化数、金属性和非金属性 的概念及其周期变化规律
2 本章要求 1、了解近代微观粒子结构的初步概念；了解微观粒子的波粒二象 性、能量量子化和统计解释。 2、了解波函数、原子轨道、电子云、能级的基本概念。 3、掌握n，l，m，ms四个量子数及其物理意义；理解s，p，d原子轨 道和电子云角度分布图的特征。 4、理解原子轨道的能级组，屏蔽效应理论及有效核电荷的计算。 5、掌握核外电子的分布原则及电子分布式的书写，元素周期律和 周期表，元素性质与原子结构的关系；理解原子半径、镧系收缩、 元素的电离能、电子亲和能、电负性、氧化数、金属性和非金属性 的概念及其周期变化规律。 第一章 原子结构和元素周期律
§2.1原子结构理论的发長概述 含核的原子模型 ●古中国和古希腊的物质结构学说; 道尔顿的原子学说(1808):原子不可分; 卢瑟福的含核原子模型(1911)。 玻尔的原子模型 ()氢原子光谱 (二)玻尔氢原子理论(1913) 原子结构理论的几点假设:
3 一、含核的原子模型 §2.1 原子结构理论的发展概述 •古中国和古希腊的物质结构学说； •道尔顿 的原子学说（ 1808 ）：原子不可分； •卢瑟福的含核原子模型（ 1911 ）。 二、玻尔的原子模型 （一）氢原子光谱 （二）玻尔氢原子理论（1913 ） •原子结构理论的几点假设：
1、在原子中,电子不是在任意轨道上绕核运动,而是在一些符合 定条件(从量子论导出的条件)的轨道上运动 稳定轨道( stable orbital)具有固定的能量,沿此轨道运动的电 子,称为处在定态的电子,它不吸收能量,也不发射能量 2、电子在不同轨道上运动时具有不同的能量,通常把这些具有不 连续能量的状态称为能级( energy level)。 玻尔氢原子能级为:E B n称为量子数( quantum number),其值可取1,2,3.等任何 正整数。B为常数,其值等于2.18×10-18J 3、当电子从某一轨道跃迁到另一轨道时,有能量的吸收或放出 其频率ν可由两个轨道的能量差ΔE决定:E,-E,=AE=hv h为普朗克常量,其数值为662618×1034J-s
4 稳定轨道（stable orbital）具有固定的能量，沿此轨道运动的电 子，称为处在定态的电子，它不吸收能量，也不发射能量 1、在原子中，电子不是在任意轨道上绕核运动，而是在一些符合 一定条件（从量子论导出的条件）的轨道上运动。 2、电子在不同轨道上运动时具有不同的能量，通常把这些具有不 连续能量的状态称为能级（energy level）。 玻尔氢原子能级为： n称为量子数（quantum number），其值可取1，2，3…等任何 正整数。B为常数，其值等于 2.1810-18J。 3、当电子从某一轨道跃迁到另一轨道时，有能量的吸收或放出。 其频率 可由两个轨道的能量差E决定：E2 - E1 = E = h h为普朗克常量，其数值为6.626181034Js。 2 n B E = −
(三)对玻尔理论的评价 优点: 首先引入量子化的概念,解释了氢原子光谱为不连续光谱。 不足: 1)未能完全冲破经典力学连续概念,只是勉强加进了一些人 为的量子化条件和假定。 (2)不能解释多电子原子(核外电子数大于1的原子)、分子 或固体的光谱。亦不能解释氢光谱的每条谱线实际上还可分裂为两 条谱线的现象。 3)未考虑其运动的波动性,采用了宏观轨道的概念
5 •优点： （三）对玻尔理论的评价 首先引入量子化的概念，解释了氢原子光谱为不连续光谱。 •不足： （1）未能完全冲破经典力学连续概念，只是勉强加进了一些人 为的量子化条件和假定。 （3）未考虑其运动的波动性，采用了宏观轨道的概念。 （2）不能解释多电子原子（核外电子数大于1的原子）、分子 或固体的光谱。亦不能解释氢光谱的每条谱线实际上还可分裂为两 条谱线的现象
(四)几个基本概念 稳定轨道 在原子中一些符合一定条件(从量子论导出的条件) 的轨道。 稳定轨道的特点—具有固定的能量 ●定态电子 稳定轨道上运动的电子,不吸收能量,也不发射能量 能级—具有不连续能量的状态 基态——轨道离核最近,能量最低,这时的能量状态 激发态—除基态以外的任何能级状态
6 •稳定轨道 （四）几个基本概念 在原子中一些符合一定条件（从量子论导出的条件） 的轨道。 稳定轨道的特点——具有固定的能量。 •定态电子 •能级——具有不连续能量的状态。 稳定轨道上运动的电子，不吸收能量，也不发射能量 •基态—— 轨道离核最近，能量最低，这时的能量状态。 • 激发态——除基态以外的任何能级状态
§2.2原子的量子力学棋型 微观粒子的运动特征 1.量子性 量子:如果某一物理量的变化是不连续的,而是以某一最小单位 作跳跃式的增减,这一物理量就是量子化的,其最小单位就称这 物理量的量子( quantun) 如物体所带的电荷量从Q增加到Q+dQ,Q>dQ,但dQ所包含的 电子个数却是很大的(例如1库仑的电荷量为624×1018个电子的电量) 从宏观上Q→>Q+dQ可以认为是连续变化的 在微观领域里,一个微观粒子如果是一个离子,所带电荷只有 个或几个电子,从而离子所带电荷的变化,如A→A2→A3-,就 不能认为是连续变化的,而是跳跃式的变化
7 一、微观粒子的运动特征 §2.2 原子的量子力学模型 1. 量子性 •量子：如果某一物理量的变化是不连续的，而是以某一最小单位 作跳跃式的增减，这一物理量就是量子化的，其最小单位就称这一 物理量的量子（quantum）。 如物体所带的电荷量从Q增加到Q+dQ，Q>>dQ，但dQ所包含的 电子个数却是很大的(例如1库仑的电荷量为6.241018个电子的电量) 在微观领域里，一个微观粒子如果是一个离子，所带电荷只有 一个或几个电子，从而离子所带电荷的变化，如A- → A2- → A3-，就 不能认为是连续变化的，而是跳跃式的变化。 从宏观上Q → Q+dQ可以认为是连续变化的
2.波粒二象性 波粒二象性:与光子一样,电子、质子、中子、原子和分子等 微观粒子都具有波动和粒子两重性质 ●德布罗依波或物质波:实物微粒除具有粒子性外,还具有波 的性质,这种波称为~( matter wave)。 德布罗依预言高速运动电子的波长为: m—电子的质量; 电子运动的速率,h普朗克常量 波动性的实验证明 M
8 •波粒二象性：与光子一样，电子、质子、中子、原子和分子等 微观粒子都具有波动和粒子两重性质。 2. 波粒二象性 •德布罗依波或物质波：实物微粒除具有粒子性外，还具有波 的性质，这种波称为~（matter wave）。 德布罗依预言高速运动电子的波长为： m——电子的质量；——电子运动的速率，h——普朗克常量。 = m h •波动性的实验证明
3、微观粒子运动的统计性 概率密度:单位体积的概率 在空间某一点波的强度和粒子出现的概率密度成正比 ●衍射实验: 用强度很弱的电子流,即让电子一个一个地通过晶体到达底片 时,底片上就会出现一个一个显示电子微粒性的斑点,如图(a) 但斑点的位置无法预言,似乎是毫无规则地分散在底片上 若时间足够长,斑点最后会形成和强电子流所得的衍射图案 样,显示了电子的波动性,如图(b)示。 电子枪晶体粉末 (b) 时间短 时河长
9 •概率密度：单位体积的概率。 3、微观粒子运动的统计性 在空间某一点波的强度和粒子出现的概率密度成正比。 •衍射实验： 用强度很弱的电子流，即让电子一个一个地通过晶体到达底片 时，底片上就会出现一个一个显示电子微粒性的斑点，如图（a） ，但斑点的位置无法预言，似乎是毫无规则地分散在底片上。 若时间足够长，斑点最后会形成和强电子流所得的衍射图案一 样，显示了电子的波动性，如图（b）示
对大量粒子行为而言,衍射强度大的地方,出现粒子的数目就 多,强度小的地方出现粒子数目就少; 对一个粒子的行为而言,通过晶体后粒子所到达的地方是不能 预测的,但衍射强度大的地方,粒子出现的机会也多(概率大) 而强度小的地方,粒子出现的机会也少(概率小) 衍射强度大小即表示波的强度大小,即电子出现概率的大小 ●概率波:电子运动在空间出现的概率可以由波的强度表现出来, 因此电子及其微观粒子波(物质波)又称~。 10
10 对大量粒子行为而言，衍射强度大的地方，出现粒子的数目就 多，强度小的地方出现粒子数目就少； 对一个粒子的行为而言，通过晶体后粒子所到达的地方是不能 预测的，但衍射强度大的地方，粒子出现的机会也多（概率大）， 而强度小的地方，粒子出现的机会也少（概率小）。 衍射强度大小即表示波的强度大小，即电子出现概率的大小。 •概率波：电子运动在空间出现的概率可以由波的强度表现出来， 因此电子及其微观粒子波（物质波）又称~