1.原子结构与元素的性质.ppt

利用元素周期律和周期表还能够 指导基础理论的研究。现代物质结构 理论的建立和发展, 现代化学的各个分 支, 如有机化学、催化化学、放射化学 等的发展, 无一不与元素周期律有关。 元素周期律的重要意义, 还在于它从 自然科学方面有力的论证了事物变化 中量变引起质变的辩证法原理。 * 第一讲 原子结构与元素的性质 一、原子结构 二、核外电子排布的周期性与元素的性质 一、原子结构 1.现代原子结构理论 现代理论如何正确地描述原子的结构呢? 对电子等微观粒子来说, 其质量很小, 运动范围也很小。但其运动速度却很大。它与宏观物体的运动有什么不同呢? 1923年德布罗意(L. de Broglie, )类比爱因斯坦的光子学说后提出, 微观粒子不但具有粒子性，也具有波动性。并提出了联系微观粒子粒子性和波动性的公式: (1.1) 由于粒子具有波动性,其位置的不确定程度△x和动量的不确定程度△px满足“不确定关系”： △x ·△px ? h (1.2) 由于“不确定关系”的限制，对微观粒子就不可能同时测定其位置和动量，也就无法像牛顿经典力学一样来研究微观粒子的运动。 那么如何描述电子等微观粒子的运动呢? 奥地利物理学家薛定谔(E. Schr?dinger, 1887-1961)从微观粒子波动性出发, 提出了描述微观粒子运动规律的基本方程——薛定谔方程, 求解该方程得到的解的函数形式被称为波函数。 每个波函数指出了处于该状态的微观粒子在空间的运动区域及其所具有的能量, 由于习惯原因，人们将每个具体的波函数称为一个原子轨道(atomic orbital)。请注意, 波函数表示的轨道(orbital)与玻尔理论中的轨道(orbit)是不同的。根据波函数可以知道, 在不同运动区域内微观粒子出现机会的多少, 即概率(量子力学中 称为几率)。因此，在量子力学中, 用波函数描 述来微观粒子的运动。 波函数如何描述微观粒子运动的呢？实际 上, 波函数给出了微观粒子的运动区域及在这 些区域出现机会(即几率)的多少，具有不同能 量的电子其运动区域的大小和形状不同。例如, 当氢原子中的电子处于能量最低的状态时, 该 电子的运动区域是原子核周围的球形区域，并 且离核越近的区域电子出现的机会就越多, 离 核越远的区域电子出现的机会就越少。 为了形象化地描述电子的运动情况, 人们用小黑点的疏 密来表示电子在空间某处出现 机会的多少, 小黑点多的地方 表示电子在该处出现的会多, 小黑点少的地方表示电子在该 处出现的机会少, 这种表示方 法的图像被称为电子云。如氢 原子中的电子, 处于能量最低 的状态时的电子云见图1-1。 图1-1 处于能量最低状态的氢原子的电子云(这是一个剖面图) 通过上面的讨论可以知道, 电子在原子核外没有确定的运 动轨道, 人们所知道的只是具有 不同能量电子的运动区域以及 在区域内各处电子出现机会的 多少, 这就是现代原子结构模型。 2. 原子核外电子的运动状态 (1)四个量子数 原子结构示意图告诉我们, 原子核外的电子是分层排布的, 不同层上的电子能量不同。根据现代原子结构模型, 我们知道电子在不同的原子轨道上运动。如何将现代原子结构模型与电子的分层排布联系起来呢? 实际上, 每个原子轨道可以用3个整数来描述, 这三个整数的名称、表示符号及取值范围如下: 主量子数 n, n = 1, 2, 3, 4, 5,…… (只能取正整数) 表示符号: K, L, M, N, O, …… 角量子数 l, l = 0, 1, 2, 3 , ……, n-1。(取值受n的限制) 表示符号: s, p, d, f, …… 磁量子数 m, m=0, ?1, ?2, ……, ?l。(取值受 l的限制) 当三个量子数都具有确定值时, 就对应一个确定的原子轨道, 如2p0就是一个确定的轨道。 主量子数n与电子层对应, n=1时对应第一层, n=2时对应第二层, 依次类推。轨道的能量主要由 主量子数n决定, n越小轨道能量越低。 角量子数