第九章 原子結(jié)構(gòu)和元素周期律

1、1第九章第九章原子原子結(jié)構(gòu)和元素周期律構(gòu)和元素周期律了解了解粒子運(yùn)粒子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，熟悉原子的特點(diǎn)，熟悉原子軌道的概念，掌握四個(gè)量子數(shù)取道的概念，掌握四個(gè)量子數(shù)取值范圍，會(huì)用量子數(shù)確定，會(huì)用量子數(shù)確定原子原子軌道及微道及微觀狀態(tài)，記熟s、p、d原子原子軌道的角度分布道的角度分布圖。理解屏蔽效理解屏蔽效應(yīng)，會(huì)用，會(huì)用Sommarfeld規(guī)則規(guī)則排布多排布多電子原子核外子原子核外電子。子。理解原子理解原子結(jié)構(gòu)同周期系的關(guān)系。熟悉原子構(gòu)同周期系

2、的關(guān)系。熟悉原子結(jié)構(gòu)同有效核構(gòu)同有效核電荷、原子半徑、荷、原子半徑、電離能、離能、電子親和能及和能及電負(fù)電負(fù)性變化的周期性化的周期性間的關(guān)系。的關(guān)系。重點(diǎn)：四個(gè)量子數(shù)及原子重點(diǎn)：四個(gè)量子數(shù)及原子軌道角度分布道角度分布圖、多、多電子原子核外子原子核外電子的排布，原子子的排布，原子結(jié)構(gòu)與構(gòu)與周期系的關(guān)系。周期系的關(guān)系。難點(diǎn)：微點(diǎn)：微觀粒子運(yùn)粒子運(yùn)動(dòng)的特殊性、四個(gè)量子數(shù)和原子的特殊性、四個(gè)量子數(shù)和原子軌道。道。9.1原子原子結(jié)構(gòu)理構(gòu)理論發(fā)論發(fā)

3、展簡(jiǎn)史一、原子學(xué)一、原子學(xué)說(shuō)古代哲學(xué)家古代哲學(xué)家：物：物質(zhì)是由不是由不連續(xù)連續(xù)的、不能被分割的最小微粒所構(gòu)成的。的、不能被分割的最小微粒所構(gòu)成的。這種構(gòu)成物種構(gòu)成物質(zhì)之原的最之原的最小實(shí)物微粒稱之物微粒稱之為原子。原子。道爾頓爾頓：1803年提出原子學(xué)年提出原子學(xué)說(shuō)，認(rèn)為認(rèn)為化合物是由各種元素的原子化合物是由各種元素的原子組成的，原子是元素在化成的，原子是元素在化學(xué)變化中能保持其本性的、既不能化中能保持其本性的、既不能創(chuàng)造也不能造也不能

4、毀滅毀滅的、看不的、看不見和不可分割的最小微粒，每和不可分割的最小微粒，每種元素原子的最基本特征是具有不同的種元素原子的最基本特征是具有不同的質(zhì)量。量。二、原子二、原子結(jié)構(gòu)的復(fù)構(gòu)的復(fù)雜性19世紀(jì)：原子不可分割的：原子不可分割的觀念一直被念一直被認(rèn)為認(rèn)為是無(wú)可非是無(wú)可非議的。的。1897：發(fā)現(xiàn)電發(fā)現(xiàn)電子，動(dòng)搖動(dòng)搖原子是構(gòu)成物原子是構(gòu)成物質(zhì)的最小微粒的最小微粒的觀念。念。1898：鐳原子放射出原子放射出α粒子后粒子后變成氡原子，原子，徹底否

5、定原子不可分割的底否定原子不可分割的觀念。念。1911：盧瑟福，由瑟福，由a散射散射證明原子核的存明原子核的存在，得到原子在，得到原子結(jié)構(gòu)的構(gòu)的行星模型行星模型。隨后隨后：確定原子的基本：確定原子的基本組成是成是質(zhì)子、中子子、中子和電子。三、原子光三、原子光譜的啟示的啟示1.氫原子光原子光譜如果將裝有高如果將裝有高純度、低度、低壓氫壓氫氣的放氣的放電管所管所發(fā)射出的光通射出的光通過(guò)棱鏡，在屏幕上可，在屏幕上可見光區(qū)光區(qū)內(nèi)得到四條不內(nèi)得到

6、四條不連續(xù)連續(xù)的譜線譜線。3根據(jù)光子學(xué)根據(jù)光子學(xué)說(shuō)和量子和量子論，電子躍遷時(shí)能量的改能量的改變或輻射能與所射能與所輻射電磁波的磁波的頻率有如下關(guān)率有如下關(guān)系：系：式中：普朗克常數(shù)式中：普朗克常數(shù)h=6.6261034J.s從而得到從而得到：四、物四、物質(zhì)波的確波的確認(rèn)1924年，法國(guó)年年，法國(guó)年輕的物理學(xué)家德布的物理學(xué)家德布羅意大膽地提出了微大膽地提出了微觀粒子也具有粒子也具有波、粒二象性波、粒二象性的假設(shè)。并且。并且預(yù)言微言微觀粒子運(yùn)

7、粒子運(yùn)動(dòng)的λ和它的和它的動(dòng)量也可通量也可通過(guò)普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)聯(lián)系起來(lái)，即德布系起來(lái)，即德布羅意關(guān)系式：關(guān)系式：式中：式中：λ—物質(zhì)波的波波的波長(zhǎng)或德布或德布羅意波意波長(zhǎng)m—電子的子的質(zhì)量=9.11031kg波動(dòng)性的假設(shè)很快得到證實(shí)。1927年，德布羅意的波動(dòng)性假設(shè)由戴維遜和革末的電子衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。由于X光通過(guò)晶體能得到衍射圖像。于是戴維遜和革末將電子束通過(guò)晶體，結(jié)果在屏幕上觀察到的不是一個(gè)黑點(diǎn)，而是一系列明暗交替的同心圓環(huán)，和X射

8、線衍射圖像完全相似，從而證明了電子確有波動(dòng)性。物質(zhì)波的確波的確認(rèn)，微，微觀粒子波粒二象性的粒子波粒二象性的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)，為正確地描述微正確地描述微觀粒子的運(yùn)粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)動(dòng)規(guī)律指明律指明了方向。了方向。9.2原子中原子中電子狀子狀態(tài)描述的近代概念描述的近代概念一、原子一、原子軌道和道和電子云子云1.薛定薛定諤方程方程薛定薛定諤方程是描述微方程是描述微觀粒子運(yùn)粒子運(yùn)動(dòng)的基本方程，的基本方程，1927年奧地利物理學(xué)家薛定年奧地利物理學(xué)家薛定鍔將光

9、的將光的波動(dòng)方程引申來(lái)描述原子中方程引申來(lái)描述原子中單個(gè)電子運(yùn)子運(yùn)動(dòng)規(guī)動(dòng)規(guī)律建立起來(lái)的，是一個(gè)二律建立起來(lái)的，是一個(gè)二階偏微分方程。即：偏微分方程。即：式中：式中：x、y、z—是電子的空子的空間直角坐直角坐標(biāo)Ψ—波函數(shù)（是三波函數(shù)（是三維空間坐標(biāo)x、y、z的函數(shù)）的函數(shù)）E—系統(tǒng)的總能量能量V─系統(tǒng)的勢(shì)能（核能（核對(duì)電對(duì)電子的吸引能）子的吸引能）||21nnEE???hv??)11(||222121nnhREEnn???mvhPh???