第二章 原子结构和晶体的结合力.ppt

第二章 原子结构和 晶体的结合力 评价： 正确指出了原子的构成 对电子的运动状态描述不符合事实。 　　两千多万种化学物质大多数由原子构成，而人类对原子的认识和探索已经历了2500多年。直到20世纪80年代，科学家才用扫描隧道显微镜观察到物体表面的原子。 2.1 原子结构 1 近代原子论的建立者——道尔顿 化学元素均由不可再分的微粒构成,这种微粒称为原子。 原子在一切化学变化中均保持其不可再分性。 同一元素的原子在质量和性质上都相同,不同元素的原子在质量和性质上都不相同。 不同元素化合时,这些元素的原子按简单整数比结合成化合物。 汤姆生认为：正电荷均匀地分布在原子之中，而电子就像是葡萄干面包中的葡萄干一样散布在原子的正电荷之中，这就是原子结构的第一个模型——葡萄干面包式模型。 2．汤姆生的原子结构模型－葡萄干面包模型 葡萄干（电子） 面包（原子） 1911年，英国物理学家卢瑟福做了一系列实验：当用一束平行的a粒子轰击金箔时，发现绝大多数a粒子穿过金箔不改变行进方向，只有极少数的a粒子产生偏转，其中个别的甚至反方向折回。大量实验发现绝大部分a粒子穿过金箔时不改变行进方向、第8000～10000个a粒子中才有一个大角度散射或反方向折回。 3．卢瑟福的原子结构模型－－发现原子核结构 α粒子 电子 α粒子散射实验 (1)每一个原子都有一个体积极小、极密实的核； (2)原子核占有全部正电荷和几乎全部的原子质量； (3)原子核被一个体积很大几乎什么也没有的空间包 围着； (4)原子核外的空间里极稀疏地散布着电子，其总 电荷数恰好与原子核中的正电荷相等。 卢瑟福提出含核原子结构模型。他的主要观点是： (1)在原子中，电了不能沿着任意轨道绕核旋转，而只能沿着符合一定条件的轨道旋转。电子在轨道上运动时，不吸收或放出能量，处于一种稳定状态。 (2)原子中的电子在不同轨道运动时可具有不同的能量，电子运动时所处的能量状态称为能级。电子在轨道上运动时所具有的能量只能取某些不连续的数值(电子能量是量子化的)。 4．玻尔的原子结构模型－－发现核外电子的能量 (3)只有当电子从某一轨道跃迁到另一轨道时，才有能量的吸收或放出。当电子从能量较高的(E2)轨道跃迁到能量较低的(E0)轨道时，原子就放出能量。放出的能量转变为一个辐射能的光子，其频率可由两个轨道的能量差决定。玻尔提出的原子结构模型，揭示了光谱线与原子结构的内在联系。 由于这一开拓性的贡献，玻尔获得了1922年诺贝尔物理学奖。 玻尔理论的局限性 1.它对能级的描述很能粗略，只有一个量子数。 2.更不能解释原子如何形成分子的化学健的本质。 5．原子的量子力学模型——核外电子的运动和电子排布规律 玻尔的原子结构模型理论也不是十分完美，在解释氢以外的多电子原子的光谱线时，就只能做出近似的估计，无法定量计算。科学家们经过13年的艰苦修改、验证、论证，终于在1925年～1926年，在玻尔原子结构模型的基础上发展成为原子的量子力学模型，其核心是薛定锷波动方程。 玻尔所采用的量子化能级的概念，即主量子数(主层)。 此外还提出其他量子数以说明电子的能量，如亚层和轨道数。 由于电子属于微观粒子，具有波粒二象性，它在核外的运动速度可以与光速相比，很难同时准确地测定它的速度和位置，只能用统计的方法来描述，因而引入了“电子云”的概念。 原子的量子力学模型包括： 小结 电子波函数? ： 单电子原子：如氢，方程可解。 多电子原子：无法求解 对于原子来说， 核外电子的运动状态用波函数?描述。 电子的波函数满足薛定谔方程 分别为： 主量子数 n n=1 2 3 4 对应主壳层：K L M N 角量子数l l =0，1，2，3，???? n-1, 对应亚壳层：s, p, d, f ? ??? 磁量子数m m=-l , –l+1, ?? -1, 0, 1， ?? l 在解原子体系的薛定谔方程的过程中，引入了三个量子数n，l，m，即波函数由n，l，m决定。 结合键：原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小。 结合键决定了物质的一系列物理、化学、力学等性质。从原则上讲，只要能从理论上正确地分析和计算结合键，就能预测物质的各项性质。 2.2 原子间的结合力 结合键