无机化 第一章原子结构 医药化工学院无机化学教研室 www.yyhg.tzc.edu.cn
1 医药化工学院 无机化学教研室 www.yyhg.tzc.edu.cn 第一章 原子结构
学习要求 1.本章通过简要回顾波动力学的发展简史复习玻尔理论，讨论氢原子 光谱的成因和核外电子运动的波粒二象性。其中掌握四个量子数对核 外电子运动状态的描述和掌握核外电子可能状态数是最重要的。 2.本章讨论元素的电子构型。通过讨论屏蔽效应和钻穿效应对电子轨 道能级的影响，掌握能级交错概念。要求掌握轨道能级与四个量子数 的关系和元素电子构型的四种类型。 3.本章讨论周期的分类。要求掌握元素周期表的本质和导致元素性质 的周期性的成因。 4.本章介绍电离能、电子亲合能和电负性的概念。要求掌握元素的电 离能、电子亲合能和电负性决定元素得失电子的难易
2 学习要求 1．本章 通过简要回顾波动力学的发展简史复习玻尔理论，讨论氢原子 光谱的成因和核外电子运动的波粒二象性。其中掌握四个量子数对核 外电子运动状态的描述和掌握核外电子可能状态数是最重要的。 2．本章讨论元素的电子构型。通过讨论屏蔽效应和钻穿效应对电子轨 道能级的影响，掌握能级交错概念。要求掌握轨道能级与四个量子数 的关系和元素电子构型的四种类型。 3．本章讨论周期的分类。要求掌握元素周期表的本质和导致元素性质 的周期性的成因。 4．本章介绍电离能、电子亲合能和电负性的概念。要求掌握元素的电 离能、电子亲合能和电负性决定元素得失电子的难易
教学内容 附：人类认识原子结构简史 第一节道尔顿原子论 第二节相对原子质量 第三节原子的起源和演化 附：电子的发现与电子的荷质比 Nanotube 第四节氢原子光谱和玻尔理论 Electrode Silicon Oxide 第五节氢原子结构的量子力学模型 第六节原子核外电子排布 Gate Electrode 第七节元素周期系的关系 第八节元素周期性
3 教学内容 附：人类认识原子结构简史 第一节 道尔顿原子论 第二节 相对原子质量 第三节 原子的起源和演化 附：电子的发现与电子的荷质比 第四节 氢原子光谱和玻尔理论 第五节 氢原子结构的量子力学模型 第六节 原子核外电子排布 第七节 元素周期系的关系 第八节 元素周期性
人类认识原子结构简史 1德莫克利特(Democritus)公元前460-370年提出万物原子构成说。 2中国的物质无限可分说：“一尺之椎，日取其半，万世不竭。” 31756年，俄罗蒙诺索夫的质量守恒定律。 41779年，法普劳斯特的定组成定律。 51803年，英道尔顿的倍比定律。 61808年，英道尔顿的原子学说。 71811年，意阿佛加德罗的分子学说。 81897年，小汤姆逊发现电子，提出汤姆逊原子模型。 9普朗克的量子理论。（黑体辐射） 101905年，爱因斯坦的光电效应解释。 111911年，英卢瑟福原子模型。 121913年、丹玻尔原子模型
4 人类认识原子结构简史 1 德莫克利特（Democritus）公元前460-370年提出万物原子构成说。 2 中国的物质无限可分说：“一尺之椎，日取其半，万世不竭。 ” 3 1756年，俄罗蒙诺索夫的质量守恒定律。 4 1779年，法普劳斯特的定组成定律。 5 1803年，英道尔顿的倍比定律。 6 1808年，英道尔顿的原子学说。 7 1811年，意阿佛加德罗的分子学说。 8 1897年，小汤姆逊发现电子，提出汤姆逊原子模型。 9 普朗克的量子理论。(黑体辐射) 10 1905年，爱因斯坦的光电效应解释。 11 1911年，英卢瑟福原子模型。 12 1913年，丹玻尔原子模型
第一节道尔顿原子论 吧化2青乾歌食 波义耳第一次给出化学元素的定义：化学元素是用物理方法不能再分解 的最基本的物质组分，并指出，化学作用是通过最小微粒进行的，一切 元素都是由这样的最小微粒组成的。 19世纪初道尔顿把元素和原子联系在一起，创立了化学原子论。 实验基础：对化学物质的定量测定。包括：1756 年，俄罗蒙诺索夫（拉瓦锡）的质量守恒定律。 1779年，法普劳斯特的定组成定律。1803年，英 道尔顿的倍比定律。 道尔顿化学原子论极大地推动了化学的发展，特别是在1 818-1826年，瑞典贝采里乌斯通过大量实验确定 了当时已知的化学元素的原子量。为化学发展奠定了坚实 的实验基础。创造了一套表达化学组成和反应的符号体系
5 第一节 道尔顿原子论 道尔顿化学原子论极大地推动了化学的发展，特别是在１ ８１８－１８２６年，瑞典贝采里乌斯通过大量实验确定 了当时已知的化学元素的原子量。为化学发展奠定了坚实 的实验基础。创造了一套表达化学组成和反应的符号体系。 波义耳第一次给出化学元素的定义：化学元素是用物理方法不能再分解 的最基本的物质组分，并指出，化学作用是通过最小微粒进行的，一切 元素都是由这样的最小微粒组成的。 １９世纪初道尔顿把元素和原子联系在一起，创立了化学原子论。 实验基础：对化学物质的定量测定。包括：1756 年，俄罗蒙诺索夫（拉瓦锡）的质量守恒定律。 1779年，法普劳斯特的定组成定律。1803年，英 道尔顿的倍比定律
第一节道尔顿原子论 ⊕ ⊙O①O⊕O ⊙®⊙ 氧化氮 二氧化疏 甲烷 氢氧化钾 图1-1道尔顿(1766一1844) 碳酸钡 图1-2道尔顿的（简单）原子和复合原子（分子） (某些化合物的错误组成是由于错误的原子量导致的)
6 第一节 道尔顿原子论
第二节相对原子质量 2-1原子(atom) 定义 进行化学反应的基本微粒 分类 有无电荷和未配对电子，可分为：原子；离子K$2; 原子自由基C 组成 质子、中子、电子 基本粒子 实验中已发现了三百多种比原子更小的微粒， 通称为“基本粒子”。王淦昌1957年发现了反 西格马负超子（质量：1/2341m电荷：e寿命 :1.5×1010)丁肇中1974年发现了丁粒子（质 量比质子重3倍) 2-2元素(element) 相同核电荷数（质子数）的一类原子的总称 2-3同位素(isotope)质子数相同而中子数不同的不同原子的互称。 7
7 第二节 相对原子质量 有无电荷和未配对电子，可分为：原子；离子K+ S 2-； 原子自由基•Cl ２-1 原子(atom) 进行化学反应的基本微粒 实验中已发现了三百多种比原子更小的微粒， 通称为“基本粒子”。王淦昌1957年发现了反 西格马负超子（质量：1/2341me电荷：-e 寿命 ：1.5×10-10）丁肇中1974年发现了丁粒子（质 量比质子重3倍） 质子、中子、电子 质子数相同而中子数不同的不同原子的互称。 定义 分类 组成 基本粒子 ２-２ 元素(element) 相同核电荷数（质子数）的一类原子的总称 ２-３ 同位素(isotope)
第二节相对原子质量 2-4核素(nuclide) 一定质子数和中子数的一种原子 2-5同量素(isobar) 质量数相同的一类原子互称 某核素一个原子的质量称为该核素的原子质量。单位u 2-6原子质量 1u等于16C核素的原子质量的1/12。 A(160)=15.994915uA(170)=16.999133uA(180)=17.99916u 平均原子质量： A(0)=15.994915×99.759%+16.999133×0.037%+17.999 16×0.204%=15.9994u 2-7相对原子量 1mol该元素原子的平均质量与lmol2C原子质量的 1/12之比值。 Ar(0)=15.9994u/12u×1/12=15.9994 2-8 Moseley定律 元素特征X射线波长的倒数平方根与原子序数成正比。此定 律是固体元素分析的基础（每种元素都有其特征X-ray波长
8 某核素一个原子的质量称为该核素的原子质量。单位u １ u等于16Ｃ核素的原子质量的1/12。 A(16O)=15.994915uA(17O)=16.999133u A(18O)=17.99916u 平均原子质量： A(O)=15.994915×99.759%+16.999133×0.037%+17.999 16×0.204%=15.9994u 第二节 相对原子质量 ２-４ 核素(nuclide) 一定质子数和中子数的一种原子 ２-５ 同量素(isobar) 质量数相同的一类原子互称 ２－６ 原子质量 1mol该元素原子的平均质量与1mol12C原子质量的 1/12之比值。 Ar(O)=15.9994u/12u×1/12=15.9994 ２－7 相对原子量 元素特征X射线波长的倒数平方根与原子序数成正比。此定 律是固体元素分析的基础（每种元素都有其特征X-ray波长。 ２-8 Moseley定律
第三节原子的起源和演化 一、宇宙之初 宇宙之初只有中子，大爆炸11min后充满几乎等量的中 子、质子和电子。2h后，宇宙中绝大部分物质便是氢原 子及相当数量的氦原子，其后，氢原子和氨原子凝聚成 星团，其它原子之生开始。 二、氢燃烧 核聚变，由氢转变成氦，释放出巨大能量 三、氨燃烧 产生12C,导致诞生160、24Mg、20Ne等新原子 四、碳燃烧 燃烧得到质量数为20左右的镁钠等 反应放出氦核熔入12C核产生更多的160，溶入160核产 五、过程 生更多的24Mg,熔入24Mg核产生28Si,熔入28Si产生 32S,熔入32S核产生6Ar,最后停止在生成4oCa
9 第三节 原子的起源和演化 产生12C，导致诞生16O、 24Mg、 20Ne等新原子 一、宇宙之初 宇宙之初只有中子，大爆炸11min后充满几乎等量的中 子、质子和电子。2h后，宇宙中绝大部分物质便是氢原 子及相当数量的氦原子，其后，氢原子和氦原子凝聚成 星团，其它原子之生开始。 二、氢燃烧 核聚变，由氢转变成氦，释放出巨大能量 三、氦燃烧 四、碳燃烧 燃烧得到质量数为20左右的镁钠等 五、α过程 反应放出氦核熔入12C核产生更多的16O，溶入16O核产 生更多的24Mg，熔入24Mg核产生28Si，熔入28Si产生 32S，熔入32S核产生36Ar，最后停止在生成40Ca
第三节原子的起源和演化 六、e过程 新的核反应，产生从钛到铜各种原子。其中sF的丰度最大 七、重元素的诞生 “中子浮获”“质子俘获” “中子浮获”诞生了质 量数为63-209的核素。“质子俘获”过程 诞生了36种核素，从最轻的4Se到最重的16Hg。 元素丰度 八、宇宙大爆炸理论的是非 3个事实支撑该理论 背景辐射 恒星光谱的红外现象 宇宙年龄 争论 宇宙大小 宇宙膨胀速度即所谓 “哈勃常数”的取值不 致
10 六、e过程 新的核反应，产生从钛到铜各种原子。其中56Fe的丰度最大 七、重元素的诞生 八、宇宙大爆炸理论的是非 “中子浮获”“质子俘获”，“中子浮获”诞生了质 量数为６３－２０９的核素。“质子俘获”过程 诞生了３６种核素，从最轻的74Se到最重的196Hg。 ３个事实支撑该理论 争论 恒星光谱的红外现象 元素丰度 背景辐射 宇宙膨胀速度即所谓 “哈勃常数”的取值不 一致。 宇宙年龄 宇宙大小 第三节 原子的起源和演化