第1讲原子结构与元素周期律.docVIP

2011年襄阳四中高中化学奥林匹克竞赛辅导资料 第一讲 原子结构与元素周期律一、核外电子的运动状态 1、微观粒子的二重性 （1）光的波动性 λ波长：传播方向上相邻两个波峰（波谷）间距离。 频率v：频率就是物质（光子）在单位时间内振动的次数。单位是Hz（1Hz =1 s－1）。 光速c =λ·v 真空中2.998×10 8 m·s－1 = 3×10 8 m·s－1，大气中降低（但变化很小，可忽略）。 波数=（cm－1） （2）光的微粒性 1900年根据实验情况，提出了原子只能不连续地吸收和发射能量的论点。这种不连续能量的基本单位称为光量子，光量子的能量（E）与频率（v）成正比。 即： E = h（4-1） 式中h为普朗克常数，等于 6.626×10 –34 J·s （3）白光是复色光，可见光的颜色与波长 颜色 紫 兰 青 绿 黄 橙 红 波长（nm） 400-430 430-470 470-500 500-560 560-590 590-630 630-760 2、原子核外电子的运动 （1）早期模型 氢原子光谱 太阳光是连续光谱，原子光谱是线状光谱。 玻尔模型： ①电子在一定的轨道上运动、不损失能量。 ②不同轨道上的电子具有不同能量E = J （4-3）式中n =1，2……正整数 通常，电子处在离核最近的轨道上，能量最低——基态；原子获得能量后，电子被激发到高能量轨道上，原子处于激发态 ③从激发态回到基态释放光能，光的频率取决于轨道间的能量差。△E = E2- E1= h= h= hc △E 波尔理论的应用：①解释氢原子光谱 电子跃迁时释放电子能量： ==(－) =1.097×105 (－)cm－1 式中1.097×105称里德保常数 或=3289×1015 (－) s－1 ②计算氢原子光谱的谱线波长 电子由nin1时，释放能量得一系列值称赖曼线系。 nin2时，释放能量得到一系列值称巴尔麦线系. 例：= = 1.097×105 () cm－1 =15236 cm－1 λ== 656 nm 原子光谱 ③计算氢原子的电离能 n1n时，△E =2.179×10-18() J 氢原子电离能I I= 6.023×1023 △E = 6.023×1023 ×2.179×10-21() = －1313 kJ·mol－1 接近实验值1312 kJ·mol－1 （2）微观粒子的波粒二重性——物质波 1923年德布罗意（L. de Broglie）类比爱因斯坦的光子学说后提出，电子不但具有粒子性，也具有波动性。并提出了联系电子粒子性和波动性的公式：λ= (4-2) m：质量 v ：速度 h：普朗克常数 （4-2）式左边是电子的波长λ，表明它的波动性的特征；右边是电子的动量，代表它的粒子性。这两种性质通过普朗克常数定量的联系起来了。 （3）海森堡测不准原理：一个粒子的位置和动量不能同时地、准确地测定。 注意：这里所讨论的不确定性并不涉及所用的测仪器的不完整性，它们是内在固有的不可测定性。 △x≥h/(4π m×△v) 不确定原理很好地反映了微观粒子的运动特征——波粒二象性；根据量子力学理论，对微观粒子的运动规律只能采用统计的方法作出几率性的判断。不确定原理促使我们对微观世界的客观规律有了更全面更深刻的理解。描述电子等微粒的运动规律只能用描述微粒运动规律的量子力学 （4）近代描述—电子云 ①薛定颚方程的解即原子轨道——电子运动状态。 波函数和原子轨道 ： 一定的波函数表示电子的一种运动状态，状态——轨道。 波函数叫做原子轨道，即波函数与原子轨道是同义词 几率和几率密度 ：|ψ|2是电子在核外空间出现的几率密度。几率等于几率密度与区域总体积的乘机。 |ψ|2的空间图像就是电子云分布图像 ，即电子云是从统计的概念出发，对 核外电子出现的概率密度做形象化的描述。当电子云中黑点密的地方表示电子在此处出现的概率密度大，黑点稀的地方表示概率小。 ②量子数是解方程的量子条件（三个）n、l、m，原子核外的电子运动状态用四个量数描述：n、l、m、m s 。 （一）主量子数n。主量子数n是用来描述原子中电子出现几率最大区域离核的远近，或者说它是决定电子层数的。主量子数的n的取值为1，2，3…等正整数。例如，n=1代表电子离核的平均距离最近的一层，即第一电子层；n=2代表电子离核的平均距离比第一层稍远的一层，即第二电子层。余此类推。可见n愈大电子离核的平均距离愈远。 在光谱学上常用大写拉丁字母K，L，M，N，O，P，Q代表电子层数。 主量子数（n） 1 2 3 4 5 6 7 电子层符号 K L M N O P Q 主量子数n是决