512-第六章 原子结构和元素周期系.ppt

第六章 原子结构和元素周期系 主要内容：本章简要介绍了 人类认识原子结构的历史和实验基础， 提出了电子等微观粒子的运动特征是： 量子性 和 波粒二象性 认为：电子运动状态要用四个量子数确定的波函数来描述。重点：是用四个量子数讨论原子结构，阐明原子结构与周期系的关系，着重探讨原子结构和元素性质的规律性联系。 本 章 要 求 基本要求： 1、了解人类认识原子结构的发展历史； 2、了解原子结构有关术语和概念； 3、掌握四个量子数n、l、m、ms的意义和相互关系； 4、会用四个量子数写出1—4周期常见元素的电子结构式，并会由结构式确定元素所在周期、族、区、特征电子构型（即价电子构型）、元素名称和高氧化态及低氧化态化合物化学式。 5、掌握原子结构与周期系的关系。 第一节 人类认识原子结构的简史 1、古代朴素的原子论： 古希腊哲学家德模克利特的原子论； 19世纪初，道尔顿在实验基础上提出的原子论。 2、通过阴极管射线的研究发现了电子； 3、通过?粒子的散射实验证实了原子中除了有带负电的电子，还有带正电、质量大的原子核； 4、卢瑟福提出了世界上第一个带核原子模型， 但解释不了氢等原子光谱是线状光谱的事实； 5、为了解原子核外电子的运动状态： 人们通过对原子线状光谱的研究，发现电子等微观粒子的运动是量子化的； 6、通过对光、电子的衍射实验， 证明：德布罗意预言的准确性， 发现电子等微观粒子的运动特征除了“量子化”，还具有“波粒二象性”； 从而得出微观粒子的运动特征—— “量子化”和“波粒二象性”。 7、为了描述微观粒子的运动状态，海森堡提出 “测不准原理”—— h = ?x· ?P 8、薛定谔提出了波动方程： 第二节 核外电子的运动状态 2-1 核外电子运动的量子化特征 —— 氢原子光谱和玻尔理论 二十世纪初，人们通过对光的研究，发现光有波粒二象性： “所谓光的波动性，是指光能发生衍射和干涉等波的现象.” “所谓光的粒子性，是指光的性质可以用动量来描述。” P = mv 一 德布罗意预言 1924年德布罗意预言： “若光有波粒二象性，则所有微观粒子在某些情况下也能呈现波动性。” 德布罗意认为 ：每个微观粒子都与一个波的运动相关，具有质量为m，运动速度为V的微观粒子，相应的波长可由下式算出： 波长 ? = h / mV -------（6-5 ） 而 mV为微观粒子的动量： P = mV 所以： 波长 ? = h / p 二 电子衍射实验 电子衍射实验证明了“德布罗意”科学预言的准确性。 实验结果表明： 电子不仅是一种有一定质量高速运动的带电粒子，而且能呈现波动的特性。（当然，其运动还是量子化的。） 既然电子是具有波粒二象性的微观粒子，能否用经典力学中确定宏观物体运动状态的物理量“位置”和V描述其运动状态呢？ 三 海森堡测不准原理 海森堡认为： “由于微观粒子具有波粒二象性，所以不可能同时精确地测出它的运动速度和空间位置。” 其数学表达式为：? x ? p? h （6 — 6） （6 - 6）表明：对于任何一个微观粒子，测定其位置的误差与测定其动量的误差之积为一个常数 h .（即原子中核外电子的运动不可能同时准确测出其位置和动量。） 2-3 核外电子运动状态的描述 一 薛定谔波动方程 （6-7） 该方程是描述核外电子等微观粒子运动状态的方程，是一个二阶偏微分方程，其中x、y、z表示 e 的空间直角坐标；方程的解是波函数。 二 波函数和四个量子数 在薛定谔方程中： 由于包含了体现微粒性的m（质量）、E（总能量）、V（势能）和体现波动性的波函数，所以该方程能反映电子等微观粒子的运动状态。解方程的目的是要解出波函数和相应的能量。为了得到电子运动状态合理的解，必须引用只能取整数值的三个参数 —— 量子数。 三个量子数的取值及它们的关系 主量子数 ：n = 1、2、3、4----- 。 角（副）量子数： L = 0、1、2 --- (n-1)； n 确定时，L可取 L ?(n-1)的所有整数。 磁量子数：m = ? i 取 0、?1、?2 ----- 。 L确定可取 m ? ? L 的所有整数。除了以上三个量子数，量子力学中还引入了电子的自旋量子数m s ，其值为 ? 1/2 。 研究证明：核外电子运动状态必须用4个量子数 n、L、m、m s 来描述，缺一不可。 四个量子数及其意义 1 主量子数n — 又称能量量子数，是决定电子能量的主要