普通化学结构化学(第一节)分解.ppt

结构化学 第一节 第一节 原子结构与元素周期系 一、微观粒子的运动特征 二、原子结构 1、波函数与原子轨道 2、四个量子数 3、原子轨道的图形 4、电子云和几率密度 三、核外电子的排布 1、基本原则 2、原子轨道能级的顺序 3、原子中电子的实际排布 4、原子的电子排布和元素周期系 四、元素性质的周期性变化 1897年汤姆逊（Thomson，1856~1940）通过阴极射线发现了电子的存在。 原子内正电荷均匀分布 负电荷包罗于正电荷 由此提出原子的西瓜模型——认为电子处于在带正电荷的球内。 考察?粒子在金箔上的散射。 发现大多数粒子未偏转。 一部分粒子偏转。 1911年英国科学家卢瑟福（Rutherford，D. 1749-1819）进行了著名的? 粒子散射实验 结论：原子中的正电荷集中在一个很小的核上，其余大部分是空的。 由此提出了原子的有核模型。 微观粒子的运动特征：量子化特征及波粒二象性 结论：微观粒子并不遵循经典物理学的规则，而是遵循量子力学的规则。 量子化特征 微观粒子运动遵循量子力学规律，与经典力学运动规律不同的重要特征是“量子化（quantized）”。 “量子化”是指微观粒子的运动以及运动过程中能量的变化是不连续的，而是以某一最小量为单位呈现跳跃式的变化。 “量子化”这一重要概念是普朗克（Plank）于1900年首先提出的。他根据黑体辐射实验的结果，提出能量的传递与变化是不连续的，是量子化的这一大胆假说。这是与传统的物理学观念相背的、革命性科学假说，后来发展为量子论，是现代量子力学发展的开端，是科学发展史上具有划时代意义的里程碑之一。 普朗克把能量的最小单位称为能量子，简称量子。以光或辐射形式传递的能量子具有的能量ε与辐射的频率成正比： 式中，h＝6.626×10-34J·s，称为普朗克常数。 原子光谱是分立的线光谱而不是连续光谱的事实，是微观粒子运动呈现“量子化”特征的一个很好的证据。 按照经典电磁学理论，原子中的电子在环绕原子核不断高速运动时，会不断地对外辐射出电磁波，而辐射的电磁波波长应不断逐渐增长。据此推断，原子的发射光谱应为一连续光谱。然而，实验事实表明，原子光谱是分立的线光谱。 由图可见，氢原子光谱的谱线的波长不是任意的，其相应的谱线频率也是特定的，各谱线的频率是不连续的，而是跳跃式变化的。 氢原子光谱的谱线系 波尔原子模型要点：卢瑟福模型＋量子化条件 1、原子中电子运动的轨道是不连续的，是以核为圆心的不同半径的同心圆。 2、在波尔轨道上运动的电子处于相对稳定的状态，不会主动辐射出能量。 3、只有当电子在不同的轨道间跃迁时，才会吸收或放出能量。 4、跃迁时放出或吸收的能量，正好等于两个轨道的能级差。 5、放出或吸收的能量，若以光辐射的形式转移，则光的频率ν=（E2-E1）/h Paschen 线系, infrared红外; Balmer Series, visible可见; Lyman 线系, ultraviolet紫外 氢原子光谱 波尔模型的成功与局限性 成功地解释了原子的稳定性，氢原子光谱（线光谱）的不连续性，预测了氢光谱的新线系及理得堡常数等。 局限：未脱离经典力学的框架；电子运动并没有确定的轨道。 20世纪初，爱因斯坦（Einstein）的光子理论阐述了光具有波粒二象性（wave-particle dualism），即传统被认为是波动的光也具有微粒的特性： 光在传播时的干涉、衍射等现象，表现出光的波动性；而光与实物相互作用时所发生的现象，如光的发射、吸收、光电效应等，突出地表现出其微粒性。 1924年德布罗依（de Broglie）受光具有波粒二象性的启发，提出分子、原子、电子等微观粒子也具有波粒二象性。 对于质量为m、以速度v 运动着的微观粒子，不仅具有动量（粒子性特征），而且具有相应的波长（波动性特征）。两者间的相互关系符合下列关系式： 这就是著名的德布罗依关系式，它把物质微粒的波粒二象性联系在一起。式中λ称为物质波的波长，或德布罗依波长。 根据德布罗依关系式，可求得电子的波长。例如以的速度运动的电子，其德布罗依波波长为： 这个波长相当于分子大小的数量级。因此，当一束电子流经过晶体时，应该能观察到由于电子的波动性引起的衍射现象。 电子衍射图片 这一推断在1927年戴维逊和杰莫通过电子衍射实验得到了证实。 X-rays Elec