原子結(jié)構(gòu)及元素周期律課件

原子結(jié)構(gòu)及元素周期律原子結(jié)構(gòu)及元素周期律原子結(jié)構(gòu)及元素周期律你對嗎？你對了，你是唯一的嗎？有普遍性嗎？提出一種假設(shè)并不難，難的是用實驗證明它是正確的，而且是唯一正確的?！獓?yán)宣申2020/11/142原子結(jié)構(gòu)及元素周期律原子結(jié)構(gòu)及元素周期律原子結(jié)構(gòu)及元素周期律你對嗎？你對了，你是唯一的嗎？有普遍性嗎？提出一種假設(shè)并不難，難的是用實驗證明它是正確的，而且是唯一正確的。——嚴(yán)宣申2020/11/142你對嗎？2020/11/142原子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史的學(xué)習(xí)思路：傳統(tǒng)觀念不能解釋實驗新發(fā)現(xiàn)不僅解釋實驗現(xiàn)象而且為其他實驗所證實

產(chǎn)生新觀念

為世人接受→→↓←2020/11/143原子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史的學(xué)習(xí)思路：傳統(tǒng)觀念不能解釋實驗新發(fā)現(xiàn)不僅解釋

Dalton原子學(xué)說(1803年)

Thomson“西瓜式”模型(1897年)

Rutherford核式模型(1911年)Bohr電子分層排布模型(1913年)量子力學(xué)模型(1926年)原子結(jié)構(gòu)模型2020/11/144Dalton原子學(xué)說原子結(jié)

從公元前5世紀(jì)到19世紀(jì)，人們一直認(rèn)為，宇宙萬物都是由原子組成的，而原子是最微小、最堅硬、不可入、不可分的物質(zhì)粒子。傳統(tǒng)觀念：微觀粒子的運動特性原子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史2020/11/145從公元前5世紀(jì)到19世紀(jì)，人們一直認(rèn)為，宇宙萬物都是（a）陰極射線實驗—負(fù)電性物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)1879年，英國人克魯克斯(Crookes)用陰極射線管在進(jìn)行低氣壓導(dǎo)電性能實驗時，發(fā)現(xiàn)陽極上出現(xiàn)了熒光，這說明在電場作用下，陰極上產(chǎn)生了一種看不見的東西，稱之為陰極射線。

湯姆生實驗裝置簡圖A、B.陽極C.陰極D、E.電極K.熒光屏（1）突破口--電子的發(fā)現(xiàn)2020/11/146（a）陰極射線實驗—負(fù)電性物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)湯姆生實驗裝置簡圖（1）（b）測定荷質(zhì)比(e/m)—負(fù)電粒子帶有普遍性

1897年，英國物理學(xué)家湯姆生(J.J.Thomson)，測定了這種帶電粒子的電荷(e)和質(zhì)量(m)之比，簡稱荷質(zhì)比(e/m)。他發(fā)現(xiàn)無論任何氣體，也不論任何材料做成的陰極，所產(chǎn)生粒子的e/m均相同。一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人2020/11/147（b）測定荷質(zhì)比(e/m)—負(fù)電粒子帶有普遍性一位最先打開通

（C）確定質(zhì)量和電荷---發(fā)現(xiàn)電子

1909年,美國物理學(xué)家Millikan設(shè)計了油滴實驗測定了電子的電荷。根據(jù)e/m可以得到電子的質(zhì)量。

結(jié)論：“有比原子小得多的粒子存在”，人們將這種粒子稱為電子。

2020/11/148（C）確定質(zhì)量和電荷---發(fā)現(xiàn)電子2020/11/148

新的思考：

原子是電中性的，原子中既然存在帶負(fù)電荷的電子，就必然還有帶正電荷的物質(zhì)，即原子是由帶負(fù)電荷的電子和帶正電荷的物質(zhì)組成的，這就為人們認(rèn)識物質(zhì)的更深層次——原子結(jié)構(gòu)打開了大門。2020/11/149新的思考：2020/11/149（1911年,盧瑟福(E.Rutherford)用α粒子射線(Ｈｅ２＋)轟擊金箔時發(fā)現(xiàn)，多數(shù)α粒子暢通無阻，只有少數(shù)α粒子在前進(jìn)中像遇到了不可穿透的壁壘一樣，被折射和反彈回來。

2）α粒子散射實驗--原子核的發(fā)現(xiàn)

著名的

粒子散射實驗2020/11/1410（1911年,盧瑟福(E.Rutherford)用αα粒子電子α粒子散射實驗2020/11/1411α粒子電子α粒子散射實驗2020/11/1411粒子散射實驗1、絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn)．2、少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)．3、極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過90°．4、有的甚至幾乎達(dá)到180°．第一條現(xiàn)象說明，原子中絕大部分是空的第二、三現(xiàn)象可看出，α粒子受到較大的庫侖力作用第四條現(xiàn)象可看出，α粒子在原子中碰到了比他質(zhì)量大的多的東西2020/11/1412粒子散射實驗1、絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿通過測定和計算，他指出：原子中存在一個幾乎集中了原子全部(99.9%以上)質(zhì)量，而大小僅為原子１/１０１２的帶正電荷的粒子。

他將其稱為原子的核。

2020/11/1413通過測定和計算，他指出：2020/11/1413在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里．帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)．原子的核式結(jié)構(gòu)盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu)2020/11/1414在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核．原子的核式結(jié)構(gòu)盧瑟福意義：

電子像行星繞太陽運轉(zhuǎn)一樣繞原子核運動，這就是大家悉知的原子結(jié)構(gòu)的“行星式模型”。這是人類認(rèn)識微觀世界的重要里程碑，這個模型已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的象征.。2020/11/1415意義：2020/11/1415

盧瑟福在實驗中還發(fā)現(xiàn)，被轟擊的原子中還可能跑出帶正電荷的粒子，經(jīng)過測定和計算，這種粒子所帶的電量和質(zhì)量也都與原子種類無關(guān)，而電量正好等于1個電子電量的正值,盧瑟福將其命名為質(zhì)子。

1912年英國人莫斯萊(Moseley)用實驗測定了各種原子的荷電荷數(shù)，證明：原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和核外的電子數(shù)都恰好等于原子序數(shù)。（3）正電荷粒子--質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)2020/11/1416盧瑟福在實驗中還發(fā)現(xiàn)，被轟擊的原子中還可能跑出帶正電荷思考：

既然原子的質(zhì)量集中于原子核，那么核內(nèi)質(zhì)子的總質(zhì)量應(yīng)當(dāng)近似等于原子的質(zhì)量。但是對于多數(shù)原子，其質(zhì)子的總質(zhì)量小于原子的質(zhì)量？（4）質(zhì)量關(guān)系推理--中子的發(fā)現(xiàn)2020/11/1417（4）質(zhì)量關(guān)系推理--中子的發(fā)現(xiàn)2020/11/1417盧瑟福因此指出：原子核內(nèi)還可能存在一種質(zhì)量與質(zhì)子相似的電中性粒子，他將其稱為中子。這種預(yù)見于1932年被實驗所證實。2020/11/1418盧瑟福因此指出：2020/11/1418小結(jié)：原子的組成

原子

組成

發(fā)現(xiàn)史

原子核質(zhì)子

1896年，盧瑟福α粒子散射實驗中子

核外電子

1897年家湯姆生陰極射線管實驗2020/11/1419小結(jié)：原子的組成

組成發(fā)現(xiàn)史質(zhì)子核電荷數(shù)(Z)

=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)

=核外電子數(shù)=原子序數(shù)原子量(A)=質(zhì)量數(shù)

=質(zhì)子數(shù)（Z）+中子數(shù)（N）

原子(A)原子核電子(Z)→帶負(fù)電，m→0質(zhì)子(Z)→帶正電中子(N)→不帶電2020/11/1420核電荷數(shù)(Z)=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)原子(A)原子核電子(Z實驗證明，質(zhì)子和中子是由更小的微?！翱淇恕睒?gòu)成。有關(guān)夸克的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)仍有探索和研究中……2020/11/1421實驗證明，質(zhì)子和中子是由更小的微粒“夸克”構(gòu)成。2020/1核型原子模型的局限性經(jīng)典電磁理論證實：運動著的電子要向外輻射電磁波，隨之能量逐漸降低，繞核運動的圓周半徑逐漸變小，原子應(yīng)該不斷輻射波長連續(xù)變大的電磁波—連續(xù)光譜。電子能量不斷降低的結(jié)果，是電子最終能量為零，原子將不復(fù)存在。但事實上，電子穩(wěn)定存在，且基態(tài)原子不對外輻射電磁波，激發(fā)態(tài)的原子的發(fā)射光譜也只是分立的線狀光譜，而不是連續(xù)光譜。2020/11/1422核型原子模型的局限性經(jīng)典電磁理論證實：運動著的電子要向外輻射盧瑟福（1871-1937）ErnestRutherfordl1895年英國劍橋大學(xué)博士導(dǎo)師湯姆遜（J.J.Thomson）盧瑟福一生從事放射性研究。發(fā)現(xiàn)了α和β射線，于1899年證明了α射線是氦核粒子，β射線是電子，為此，獲得1908年諾貝爾化學(xué)獎；與他的學(xué)生F.Soddy一起發(fā)現(xiàn)了放射性元素的自發(fā)蛻變現(xiàn)象；1909年發(fā)現(xiàn)α粒子的散射現(xiàn)象，1911年提出了他的核型原子模型。核物理學(xué)之父2020/11/1423盧瑟福（1871-1937）核物理學(xué)之父2020/11/14近代原子結(jié)構(gòu)理論的確立從氫原子光譜實驗開始.

白光光譜氫原子光譜原子光譜：2020/11/1424近代原子結(jié)構(gòu)理論的確立從氫原子光譜實驗開始.白光氫原子光譜的不連續(xù)性充分說明電子運動狀態(tài)的不連續(xù)性，以及狀態(tài)變化的不連續(xù)性。2020/11/1425氫原子光譜的不連續(xù)性充分說明電子運動狀態(tài)的不連續(xù)性，以及狀態(tài)1.玻爾(Bohr)模型

1913年，丹麥物理學(xué)家Bohr，在Planck量子論﹑Einstein光子學(xué)說和Rutherford有核模型基礎(chǔ)上，提出關(guān)于原子結(jié)構(gòu)模型，從理論上成功的解釋了氫原子光譜。物理量變化的不連續(xù)性——量子化、玻爾原子模型2020/11/14261.玻爾(Bohr)模型物理量變化的不連續(xù)性2020/112.波爾理論的基本要點a)電子只能在某些特定的軌道上繞核運動。此時既不吸收能量也不釋放能量。這些穩(wěn)定的狀態(tài)稱為定態(tài)。能量最低的定態(tài)稱為基態(tài)；其余的則稱為激發(fā)態(tài)。b)原子中可能存在的各種定態(tài)是不連續(xù)的。2020/11/14272.波爾理論的基本要點a)電子只能在某些特定的軌道上繞核c)電子由一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)時，一定會放出或吸收能量，其大小取決于兩個定態(tài)能量差，即hv=E2-E1=ΔE2020/11/1428c)電子由一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)時，一定2020/11/波爾理論成功之處：

1）成功地解釋了氫原子的線狀光譜；2）計算出氫原子半徑和電離能。波爾理論的局限性：

1）不能解釋多電子原子的光譜；2）不能解釋氫光譜在磁場中的分裂現(xiàn)象和微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系?？梢姡簭暮暧^到微觀，物質(zhì)已經(jīng)實現(xiàn)了從量變到質(zhì)變的飛躍，必須全面了解微觀粒子的運動特性，才能建立起適合于微觀粒子的全新的力學(xué)體系。2020/11/1429波爾理論成功之處：波爾理論的局限性：可見：從宏觀到微觀，物質(zhì)原因：沒有考慮微觀世界粒子的特性—波粒二象性(wave–particleduality)2020/11/1430原因：沒有考慮微觀世界粒子的特性—波粒二象性(wave–

玻爾和他的原子模型玻爾（N.Bohr1885-1962）丹麥人，哥本哈根大學(xué)教授。是盧瑟福指導(dǎo)過的11名獲得諾貝爾獎的學(xué)生之一。1913年，玻爾大膽地拋開了經(jīng)典電動力學(xué)理論，硬性假設(shè)電子繞核運動不輻射出能量，將普朗克量子論應(yīng)用于盧瑟福的核型原子模型，提出穩(wěn)定軌道、定態(tài)和電子躍遷的概念。2020/11/1431玻爾和他的原子模型玻爾（N.Bohr1885-1961924年，法國的德布羅依（L.DeBroglie）在光的波粒二象性的啟發(fā)下，提出一個天才而大膽的假設(shè)：電子等實物微粒子的運動也具有波粒二象性。他認(rèn)為，對于質(zhì)量為m，速度為υ的微粒，具有的波長為：λ=h/mυ這個波稱為物質(zhì)波（常稱為德布羅依波）。三年后，美國的戴維遜等在紐約貝爾實驗室所做的電子衍射實驗，證實了德布羅依的假設(shè)。一、電子的波粒二象性原子核外電子的運動狀態(tài)2020/11/1432一、電子的波粒二象性原子核外電子的運動狀態(tài)2020/11/1動畫2020/11/1433動畫2020/11/1433

電子衍射實驗

不僅證實了微觀粒子的波粒二象性，同時由實驗得到的電子波的波長也與按德布羅依公式計算出來的一樣。

鋁箔對波長71pm的電子衍射花紋2020/11/1434鋁箔對波長71pm的電子衍射花紋2020/11/1434我們知道，對于火車、飛機(jī)、行星等宏觀物體的運行，根據(jù)經(jīng)典力學(xué)，可以指出它們在某一瞬間的速度和位置。但對于具有波粒二象性的微粒如電子來說，其運動狀況就不能用經(jīng)典力學(xué)來描述。1927年，德國物理學(xué)家海森堡提出了著名的測不準(zhǔn)原理：對于波粒二象性的微粒而言，不可能同時準(zhǔn)確測定它們在某瞬間的位置和速度（或動量）。二、不確定原理(測不準(zhǔn)原理)2020/11/1435我們知道，對于火車、飛機(jī)、行星等宏觀物體二、不確定原1926年，海森堡(Heisenberg)關(guān)系式：2020/11/14361926年，海森堡(Heisenberg)關(guān)系式：2020/三、量子力學(xué)和原子軌道—波函數(shù)

在經(jīng)典物理中，波的運動狀態(tài)一般是通過波函數(shù)來描述的。

例如：電磁波可用函數(shù)ψ(x,y,z,t)來描述，ψ代表t時刻在(x，y，z)點電場或磁場的強度，它是空間坐標(biāo)x,y,z和時間

t的函數(shù)，因此稱Ψ為波函數(shù)。一、波函數(shù)、量子數(shù)2020/11/1437三、量子力學(xué)和原子軌道—波函數(shù)一、波函數(shù)、1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤從電子的波粒二象性出發(fā)，把電子的運動與光的波動理論聯(lián)系起來，提出了描述氫原子核外電子運動狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，建立了實物微粒的波動方程，這就是著名的薛定諤方程。薛定諤1887-1961(E.Stir?dinger)2020/11/14381926年，奧地利物理學(xué)家薛薛定諤2020/11/1438方程中,Ψ叫做波函數(shù)；m為電子質(zhì)量；h為普朗克常數(shù)；E為系統(tǒng)的總能量；V為系統(tǒng)的勢能。由于薛定諤方程包含有x,y,z三個變量，則方程的解Ψ也是包含有x,y,z三個變量的函數(shù)式，可以表示為Ψ(x,y,z),也可以用球坐標(biāo)表示為Ψ(r,θ,φ)。2020/11/14392020/11/1439球坐標(biāo)(r,θ,φ)與直角坐標(biāo)系的關(guān)系222zyxr++=cosrz=qsinsinry=φqcossinrx=φq(r,θ,φ)=R(r)·Y(θ,φ)坐標(biāo)變換2020/11/1440球坐標(biāo)(r,θ,φ)與直角坐標(biāo)系的關(guān)系222zyxr++=氫原子的一些波函數(shù)和能量空間狀態(tài)Ψn,l,m(r,θ,φ)能量/J1s-2.179×10-182s-5.447×10-192px-5.447×10-192020/11/1441氫原子的一些波函數(shù)和能量空間狀態(tài)Ψn,l,m(r,θ,φ)能關(guān)于波函數(shù)的說明將空間某點的坐標(biāo)值，帶入到某空間狀態(tài)的波函數(shù)Ψn，l，m(r,θ,φ)式當(dāng)中，就可以得知該點的波函數(shù)的值。波函數(shù)Ψ本身沒有具體的物理意義，波函數(shù)的平方表示電子在該點的概率密度。這就是微觀粒子運動規(guī)律的統(tǒng)計學(xué)意義。∣ψ∣22020/11/1442關(guān)于波函數(shù)的說明∣ψ∣22020/11/1442波函數(shù)Ψ常被稱為原子軌道，但它不具有宏觀軌道的含義，僅為一個函數(shù)式子，它對應(yīng)著核外電子可能采取的一種運動狀態(tài)。薛定諤方程含有三個坐標(biāo)變量,它的解—波函數(shù)

ψ中一定含有三個常數(shù)項n,l,m。為了使方程的解有意義,n,l,m的取值不可任意，而要遵循一定的規(guī)則，n,l,m稱為量子數(shù)。2020/11/1443波函數(shù)Ψ常被稱為原子軌道，但它不具有宏觀2020/1小結(jié):１.核外電子的運動具有量子化特征。每一ψ對應(yīng)一確定的能量值，稱為“定態(tài)”?；鶓B(tài)時能量最小，比基態(tài)能量高的是激發(fā)態(tài)。２.核外電子的運動具有波粒二象性，電子波是幾率波；即微觀粒子的運動無明確的軌道，但可確定它在核外空間某處出現(xiàn)幾率的大小。３.量子力學(xué)中：波函數(shù)ψ(x,y,z)=原子軌道。４.一個確定的波函數(shù)ψ代表電子的一種空間運動狀態(tài)，∣ψ∣2表示在空間某處(x,y,z)電子出現(xiàn)的幾率密度。5.電子云是電子幾率密度∣ψ∣2分布的形象化描述。2020/11/1444小結(jié):2020/11/1444n,主量子數(shù)

取值：1,2,3,···等自然數(shù)。意義：決定軌道的能級，如在單電子中：n取值越大，軌道能量越高，電子出現(xiàn)概率最大的區(qū)域離核越遠(yuǎn)。單電子原子中，n相同的原子軌道為簡并軌道。能量相同的軌道稱為“簡并軌道”。2020/11/1445n,主量子數(shù)2020/11/1445(2)l,角量子數(shù)

取值：0，1，2，3，……n-1；光譜符號：s，p，d，f，……取值數(shù)：n個n取值數(shù)l光譜符號軌道符號110s1s220s2s1p2p330s3s1p3p2d3d2020/11/1446(2)l,角量子數(shù)n取值數(shù)l光譜符號軌道符號110s角量子數(shù)與原子軌道的形狀有關(guān)：l=0，即s軌道是球形對稱的；l=1，即p軌道呈啞鈴狀；l=2，即d軌道呈花瓣狀；

yxzxyzxypysdyz+－－+z2020/11/1447角量子數(shù)與原子軌道的形狀有關(guān)：yxzxyzxypysdy(3)m,磁量子數(shù)

取值：0,±1,±2,…±l；

取值數(shù)：2l+1個對于s軌道,l=0,m=0，ns軌道只有一條；p軌道,l=1,

m=0,±1,np軌道有三條；d軌道,l=2,

m=0,±1,±2,nd軌道有五條。意義：磁量子數(shù)與軌道(或電子云)的伸展方向有關(guān).如：npx,npy,npz這三條軌道就是分別沿著

x,y,z三個坐標(biāo)軸伸展的。由于它們的伸展方向不同,在外磁場中必然要發(fā)生能級分裂。2020/11/1448(3)m,磁量子數(shù)2020/11/1448磁量子數(shù)與軌道的伸展方向有關(guān)l=0，即s軌道是球形對稱的；

l=1，即p軌道呈啞鈴狀；2px2py2pz1s2020/11/1449磁量子數(shù)與軌道的伸展方向有關(guān)2px2py2pz1s2020/l=2，m=0,±1,±2.氫原子的5條3d軌道3dxy3dyz3dxz2020/11/1450l=2，m=0,±1,±2.氫原子的5條3d軌(4)ms,自旋量子數(shù)人們在研究氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)，每一條譜線實際由2條十分接近的譜線組成，這種譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)用n,l,m三個量子數(shù)已不能解釋。

電子自旋現(xiàn)象的實驗裝置2020/11/1451(4)ms,自旋量子數(shù)電子自旋現(xiàn)象的實驗裝置2020/1925年，有人假設(shè)：這是由于同一軌道中的電子自旋運動狀態(tài)不同引起的，后經(jīng)實驗證實。運用量子力學(xué)處理電子的自旋運動時，得到了決定電子自旋運動的自旋量子數(shù)ms。ms取值:,或意義：在軌道表示式中，一般用“↑”和“↓”分別表示電子的兩種不同的運動狀態(tài)。2020/11/14521925年，有人假設(shè)：這是由于同一軌道中的電子自旋運動狀綜上，在單電子原子中：主量子數(shù)n

決定了電子的能量和離核的遠(yuǎn)近；角量子數(shù)l

決定了軌道的形狀；磁量子數(shù)m

決定了軌道的空間伸展方向?！鵱,l,m

三個量子數(shù)共同決定了一條原子軌道Ψ，決定了電子的空間(軌道)運動狀態(tài)。自旋量子數(shù)ms決定了電子的自旋運動狀態(tài)，與前三個量子數(shù)一起，共同決定了電子的運動狀態(tài)。量子數(shù)小結(jié)2020/11/1453綜上，在單電子原子中：量子數(shù)小結(jié)2020/11/1453多電子原子的結(jié)構(gòu)中心力場模型是一種近似方法，可使問題簡化。它把其他所有電子對所研究電子的斥力平均起來看作是球形對稱的，減弱了原子核發(fā)出的正電場對研究電子的作用。這樣，研究電子可看作只受一個處于原子中心的正電荷的作用，類似于單電子原子進(jìn)行處理。一、屏蔽作用對軌道能級的影響Z*=Z-σl相同，n不同E4f＜E5f＜E6f＜······2020/11/1454多電子原子的結(jié)構(gòu)中心力場模型是一種近似方法，可使問題簡化。一一、屏蔽效應(yīng)

(1)將其它電子對某個選定電子的排斥作用歸結(jié)為對核電荷的抵消作用，稱為屏蔽效應(yīng)。

(2)屏蔽常數(shù)

i的計算（Slater’srule）a．原子中的電子分若干個軌道組中：(1s)，(2s，2p)，(3s，3p)，(3d)，(4s，4p)，(4d)，(4f)，(5s，5p)，每個圓括號形成一個軌道組；b．一個軌道組外面的軌道組上的電子對內(nèi)軌道組上的電子的屏蔽系數(shù)

=0，即屏蔽作用僅發(fā)生在內(nèi)層電子對外層電子或同層電子之間，外層電子對內(nèi)層電子沒有屏蔽作用；c．1s軌道上的2個電子之間的

=0.30，其它同一軌道組內(nèi)電子間屏蔽系數(shù)

=0.35；d．被屏蔽電子為ns或np軌道組上的電子時，主量子數(shù)為(n1)的各軌道組上的電子對ns或np軌道組上的電子的屏蔽常數(shù)

=0.85，而小于(n1)的各軌道組上的電子，對其屏蔽常數(shù)

=1.00；e．被屏蔽電子為nd或nf軌道組上的電子時，則位于它左邊各軌道組上的電子對nd或nf軌道組上電子的屏蔽常數(shù)

=1.00。2020/11/1455一、屏蔽效應(yīng)2020/11/1455二、鉆穿效應(yīng)

電子進(jìn)入原子內(nèi)部空間，受到核的較強的吸引作用。n相同，l不同E4S＜E4p＜E4d＜E4f；2020/11/1456二、鉆穿效應(yīng)電子進(jìn)入原子內(nèi)部空間，受到核的較強1.基態(tài)原子的核外電子排布原則

最低能量原理電子在核外排列應(yīng)盡先分布在低能級軌道上,使整個原子系統(tǒng)能量最低。

Pauli不相容原理每個原子軌道中最多容納兩個自旋方式相反的電子。

Hund規(guī)則在n和l相同的軌道上分布的電子,將盡可能分占m值不同的軌道,且自旋平行。三、基態(tài)多電子原子內(nèi)電子排布2020/11/14571.基態(tài)原子的核外電子排布原則最低能量原理Paul半滿全滿規(guī)則：C：1s22s22p2[He]、[Ar]——原子實N：[He]

2s22p31s2s2pZ=24Z=29Cu：全滿：p6，d10，f14；半滿：p3，d5，f7；全空：p0，d0，f0。例如：2020/11/1458半滿全滿規(guī)則：C：1s22s22p2[He]、[Ar]—Z=11，Na：1s22s22p63s1或[Ne]3s1，Z=20，Ca：1s22s22p63s23p64s2或[Ar]4s2，Z=50，Sn：[Kr]5s25p2，Z=56，Ba：[Xe]6s2。價電子：例如：Sn的價電子排布式為：5s25p2。2020/11/1459Z=11，Na：1s22s22p63s1或[Ne]3s11.稀有氣體的原子序數(shù)：

2(12+22+22+32+32+42+42+52+52+…)

原子序數(shù)分別為：2、10、18、36、54、86、118、168、218。2.據(jù)構(gòu)造原理，每一周期內(nèi)電子的排布規(guī)律

ns2…(n-3)g18(n-2)f14(n-1)d10np6n≥4時，有3d,4d…軌道。n≥6時，有4f,5f…軌道。n≥8時，有5g,6g…軌道。排出基態(tài)原子的電子構(gòu)型的有用通式2020/11/14601.稀有氣體的原子序數(shù)：排出基態(tài)原子的電子構(gòu)型的有用通式

n＝1n=2n=3n=4n=5n=6n=7周期

KLMNOPQ能級組

7654321能量1s2p2s3p3s4p3d4s5p4d5s6p5d4f6s7p6d5f7s原子軌道近似能級圖2020/11/1461n＝1n=2n=3n=4原子結(jié)構(gòu)與元素周期律現(xiàn)代化學(xué)元素周期律可表達(dá)為：

元素的性質(zhì)是原子序數(shù)的周期性函數(shù)。也就是說，元素性質(zhì)取決于原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，隨著原子序數(shù)的遞增，元素性質(zhì)呈周期性變化，是原子結(jié)構(gòu)周期性變化的體現(xiàn)。依照這個規(guī)律把眾多化學(xué)元素組織在一起形成的系統(tǒng)叫化學(xué)元素周期系。周期系可以表達(dá)為各種各樣的元素周期表。其中長式周期表簡單明了，較好地反映了元素原子結(jié)構(gòu)的特點，因此更為實用。2020/11/1462原子結(jié)構(gòu)與元素周期律現(xiàn)代化學(xué)元素周期律可表達(dá)為：202AgCdCuZnRbSrH

LiBeBCNOF

NaMgAlSiPSCl

KCaScTiVCrMnFeCoNiGaGeAsSeBr

YZrNbMoTcRuRhPdInSnSbTeI

CsBaLaHfTaWReOsIrPtAuHgTlPbBi

門捷列夫短式周期表元素周期表的種類2020/11/1463AgCdCuZnRbSrH

LiBeBCNOF

這種周期表的優(yōu)點是能夠十分清楚地看到元素周期系是如何由于核外電子能級的增多而螺旋性發(fā)展的，但它們的每個橫列不是一個周期，縱列元素的相互關(guān)系也不容易看清。寶塔式或滴水鐘式周期表2020/11/1464這種周期表的優(yōu)點是能夠十分清楚地看到元素周期系是如何由于核外大家熟知長式周期表，分為7行18列，每行為一個周期，按列分為16族。周期的劃分：根據(jù)能級組劃分。族的劃分：根據(jù)外電子層結(jié)構(gòu)劃分。其中：

主族：基態(tài)原子內(nèi)電子層軌道全滿或全空；主族序號與元素原子外層s,p電子總數(shù)一致。如：ⅠA,ⅢA。周期表的結(jié)構(gòu)2020/11/1465大家熟知長式周期表，分為7行18列，每行為一

副族：除ⅠB、ⅡB外，次外層d軌道、次次外層f軌道均未完全充滿。如：ⅣB,ⅥB。常稱鑭系、錒系以外的副族元素為過渡元素。稱鑭系、錒系元素為內(nèi)過渡元素。分別稱4、5、6周期的過渡元素為第一、第二和第三系列過渡元素。2020/11/1466副族：除ⅠB、ⅡB外，次外層d軌道、次2020/11/2020/11/14672020/11/1467元素的分區(qū)按元素基態(tài)原子價電子層結(jié)構(gòu)特點，可將周期表分為五個區(qū)：

s區(qū)：ⅠA

～

Ⅱ

Ans1～ns2

p區(qū)：ⅢA～ⅦA，0族ns2np1～ns2np6

d區(qū):

Ⅲ

B～ⅦB，Ⅷ族(n-1)d1~9ns0~2ds區(qū):ⅠB

～

Ⅱ

B(n-1)d10ns1~2

f區(qū):鑭系和錒系，排在ⅢB中※注意族號與電子結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系。2020/11/1468元素的分區(qū)2020/11/1468元素的化學(xué)性質(zhì)主要取決于三個因素：核外電子構(gòu)型、價層電子的有效核電荷、原子半徑。S區(qū)元素

內(nèi)層軌道全滿或全空、次外層為8電子的最穩(wěn)定構(gòu)型。失去外層s電子傾向強烈，活潑金屬。

最穩(wěn)定的電子構(gòu)型

最外層8電子構(gòu)型,軌道是全滿和全空的構(gòu)型。原子在化學(xué)反應(yīng)中，有得失電子而達(dá)到穩(wěn)定構(gòu)型的趨勢。影響元素性質(zhì)的結(jié)構(gòu)因素2020/11/1469元素的化學(xué)性質(zhì)主要取決于三個因素：核外電子構(gòu)型、價層P區(qū)元素內(nèi)層軌道是全滿或全空的最穩(wěn)定構(gòu)型；最外層有2個s電子和1～6個p電子。0族元素不活潑，而從ⅢA～ⅦA元素，從趨向失電子漸變?yōu)橼呄虻秒娮?，以達(dá)到穩(wěn)定的電子構(gòu)型，化學(xué)性質(zhì)從金屬性過渡到非金屬性。D區(qū)元素最外層含2個或1個s電子，故均表現(xiàn)為金屬性；次外層d軌道含1～9個d電子，未完全充滿，因此，d電子也參與化學(xué)反應(yīng)。所以d區(qū)元素化合價復(fù)雜，且易于生成配位化合物。2020/11/1470P區(qū)元素內(nèi)層軌道是全滿或全空的最穩(wěn)定構(gòu)型；最外層有2個ds區(qū)元素性質(zhì)與d區(qū)元素相似，但因為d軌道已經(jīng)全滿，所以d電子的化學(xué)活潑性較d區(qū)元素差，化合價也不那么復(fù)雜。

f區(qū)元素最外層僅含2個s電子,均為活潑金屬。由于次次外層f軌道和次外層d軌道大多未完全充滿，也參加化學(xué)反應(yīng)，故性質(zhì)復(fù)雜。2020/11/14712020/11/14712020/11/14722020/11/1472原子半徑（r）:一般指共價半徑和金屬半徑。共價半徑

同一種元素的原子間以共價單鍵結(jié)合時，兩原子核之間距離的一半。金屬半徑

金屬晶體中，相鄰兩金屬原子核間距的一半。原子的金屬半徑比單鍵共價半徑一般要大10-15%范德華半徑

稀有氣體形成的單原子分子晶體中，分子核間距的一半。又稱接觸半徑。2020/11/1473原子半徑（r）:一般指共價半徑和金屬半徑。2020/11/1?共價半徑

主族元素：從左到右r減小；從上到下r增大。過渡元素：從左到右r緩慢減?。?/p>

從上到下r略有增大。

?金屬半徑rrr?范德華半徑

2020/11/1474?共價半徑主族元素：從左到右主族元素半徑變化2020/11/1475主族元素半徑變化2020/11/1475

元素的原子半徑變化趨勢2020/11/1476元素的原子半徑變化趨勢2020/11/14761.元素的電離能元素的氣態(tài)原子在基態(tài)時失去一個電子變成一價氣態(tài)正離子所需的能量

稱為元素的第一電離能，用I1

表示。I2、I3······。單位：kJ·mol-1。意義：I

越小，代表失電子越容易；用途：①判斷金屬的活潑性；②判斷離子常見價態(tài)。

元素I1I2I3I4常見價態(tài)Na4964562+1Mg73814517733+2Al5781817274511578+3元素重要性質(zhì)的周期性變化2020/11/14771.元素的電離能元素I1I2I3I4常見價態(tài)Na49在比較元素的電離能大小時，主要考慮的是：

①原子核電荷數(shù)；②原子半徑；③原子的電子層結(jié)構(gòu)；電離能變化規(guī)律:

①同一周期主族元素：從左到右，原子半徑減小，有效核電荷數(shù)增加，電離能總趨勢增大；反常之處:ⅡA高于ⅢA、ⅤA高于ⅥA。

②同一主族：從上到下，電子層結(jié)構(gòu)相同，有效核電荷增大不多，半徑的增大起主要作用，核對外層電子的引力減弱，電離能逐漸降低。2020/11/1478在比較元素的電離能大小時，主要考慮的是：2020/11/14第一電離能2020/11/1479第一電離能2020/11/14792020/11/14802020/11/1480同系列過渡元素自左向右，有效核電荷的增大和原子半徑的減小均不如主族元素顯著，第一電離能不規(guī)則地緩慢升高。同副族過渡元素第一到第二系列，第一電離能減小，而第三系列比第二系列明顯增大。這是由于鑭系收縮造成的。鑭系元素之間，作用于外層電子的有效核電荷相近,原子半徑相近,故第一電離能也相近。2020/11/1481同系列過渡元素自左向右，有效核電荷的增大2020/11/14同一周期：?短周期：I增大。

I1(ⅠA)最小，I1(稀有氣體)最大。?長周期的前半部分I增加緩慢。?N,P,As,Sb,Be,Mg電離能較大(半滿、全滿)同一族：I變小。2020/11/1482同一周期：2020/11/14822.元素的電子親合能基態(tài)氣態(tài)原子獲得一個電子變成一價氣態(tài)負(fù)離子所放出的能量稱為元素的電子親合能，用E表示。電子親合能表示元素的原子獲得電子的難易程度，電子親合能越大，原子變成負(fù)離子的傾向越大,非金屬性越強。電子親合能變化規(guī)律：①同周期中，從左到右,電子親合能增大；②同族中，從上到下，電子親合能減小。2020/11/14832.元素的電子親合能2020/11/14832020/11/14842020/11/14843.元素的電負(fù)性（X）原子在分子中對成鍵電子吸引能力的相對大小.

Pauling指定氟（F）的電負(fù)性為4.0，鋰為1.0依此對比求出了其他元素的電負(fù)性，因此電負(fù)性是一個相對數(shù)值。電負(fù)性變化規(guī)律：

①金屬元素的電負(fù)性較小，非金屬的較大，可用X=2作為判斷界限。②同一周期元素從左到右，主族依次增大，過渡元素變化不大。從上到下主族元素依次減小,副族元素呈增加趨勢。左下小,右上大。2020/11/14853.元素的電負(fù)性（X）2020/11/1485

③兩元素化合時，若他們的電負(fù)性差較大（ΔX＞1.7），通常形成離子鍵；若電負(fù)性相差較小（ΔX＜1.7）,則常形成共價鍵。2020/11/1486③兩元素化合時，若他們的電負(fù)性差較大2020/12020/11/14872020/11/14874.元素的氧化數(shù)

氧化數(shù)的定義：化學(xué)實體中某元素一個原子的荷電數(shù)，這種荷電數(shù)由假設(shè)把每個鍵中的電子指定給電負(fù)性更大的原子而求得。簡稱“形式電荷數(shù)”。2020/11/14884.元素的氧化數(shù)2020/11/1488元素原子氧化數(shù)計算規(guī)則：①單質(zhì)分子中原子的氧化數(shù)為0。②單原子離子的氧化數(shù)等于它的電荷數(shù)。③H在非離子化合物中為+1，金屬氫化物中為-1。④O在一般化合物中為-2，在－O－O－中為-1，在OF2中為+2。⑤化合物中，電負(fù)性高的氧化數(shù)為負(fù)。⑥電中性化合物中各原子氧化數(shù)總和為零。2020/11/1489元素原子氧化數(shù)計算規(guī)則：2020/11/1489元素氧化數(shù)的特點：①主族P區(qū)元素的最高氧化數(shù)等于用羅馬數(shù)字表示的族號N，最低氧化數(shù)為8–N。一些元素能形成多種氧化態(tài)的化合物。②過渡元素的氧化數(shù)有多個；負(fù)價罕見；大多元素的最高氧化數(shù)等于它的族數(shù)。就某一元素而言，低價易形成離子鍵，高價易形成共價鍵。2020/11/1490元素氧化數(shù)的特點：2020/11/1490練習(xí)題2020/11/1491練習(xí)題2020/11/14911﹑根據(jù)原子結(jié)構(gòu)理論可以預(yù)測：第八周期將包括______種元素；原子核外出現(xiàn)第一個5g電子的原子序數(shù)是______。美、俄兩國科學(xué)家在2006年10月號的《物理評論》上宣稱，他們發(fā)現(xiàn)了116號元素。根據(jù)核外電子排布的規(guī)律，116號元素的價電子構(gòu)型為___________，它可能與元素____________的化學(xué)性質(zhì)最相似。（07年夏令營）答案：501217s27p4Po（釙）

2020/11/1492答案：501217s27p42、在元素周期表第4第5周期中成單電子數(shù)最多的過渡元素的電子構(gòu)型為

；元素名稱是

和

。依據(jù)現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)理論，請你推測，當(dāng)出現(xiàn)5g電子后，成單電子最多的元素可能的價層電子構(gòu)型為

?？赡苁?/p>

號元素。（2004年夏令營）[Ar]3d54s1[Kr]4d55s1鉻鉬5g98s11282020/11/14932、在元素周期表第4第5周期中成單電子數(shù)最多的過渡元素的電子第3題在正確選項上圈圈。3－1

下列化學(xué)鍵中碳的正電性最強的是

A.

C－F

B.

C－O

C.

C－Si

D.

C－Cl3－2

電子構(gòu)型為[Xe]4f145d76s2的元素是

A.

稀有氣體

B.

過渡元素

C.

主族元素

D.

稀土元素3－3

下列離子中最外層電子數(shù)為8的是A.

Ga3+

B.

Ti4+

C.

Cu+

D.

Li+

[2003年全國（省級）]2020/11/1494第3題在正確選項上圈圈。2020/11/1494謝謝謝謝原子結(jié)構(gòu)及元素周期律原子結(jié)構(gòu)及元素周期律原子結(jié)構(gòu)及元素周期律你對嗎？你對了，你是唯一的嗎？有普遍性嗎？提出一種假設(shè)并不難，難的是用實驗證明它是正確的，而且是唯一正確的?！獓?yán)宣申2020/11/142原子結(jié)構(gòu)及元素周期律原子結(jié)構(gòu)及元素周期律原子結(jié)構(gòu)及元素周期律你對嗎？你對了，你是唯一的嗎？有普遍性嗎？提出一種假設(shè)并不難，難的是用實驗證明它是正確的，而且是唯一正確的?！獓?yán)宣申2020/11/1497你對嗎？2020/11/142原子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史的學(xué)習(xí)思路：傳統(tǒng)觀念不能解釋實驗新發(fā)現(xiàn)不僅解釋實驗現(xiàn)象而且為其他實驗所證實

產(chǎn)生新觀念

為世人接受→→↓←2020/11/1498原子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史的學(xué)習(xí)思路：傳統(tǒng)觀念不能解釋實驗新發(fā)現(xiàn)不僅解釋

Dalton原子學(xué)說(1803年)

Thomson“西瓜式”模型(1897年)

Rutherford核式模型(1911年)Bohr電子分層排布模型(1913年)量子力學(xué)模型(1926年)原子結(jié)構(gòu)模型2020/11/1499Dalton原子學(xué)說原子結(jié)

從公元前5世紀(jì)到19世紀(jì)，人們一直認(rèn)為，宇宙萬物都是由原子組成的，而原子是最微小、最堅硬、不可入、不可分的物質(zhì)粒子。傳統(tǒng)觀念：微觀粒子的運動特性原子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)史2020/11/14100從公元前5世紀(jì)到19世紀(jì)，人們一直認(rèn)為，宇宙萬物都是（a）陰極射線實驗—負(fù)電性物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)1879年，英國人克魯克斯(Crookes)用陰極射線管在進(jìn)行低氣壓導(dǎo)電性能實驗時，發(fā)現(xiàn)陽極上出現(xiàn)了熒光，這說明在電場作用下，陰極上產(chǎn)生了一種看不見的東西，稱之為陰極射線。

湯姆生實驗裝置簡圖A、B.陽極C.陰極D、E.電極K.熒光屏（1）突破口--電子的發(fā)現(xiàn)2020/11/14101（a）陰極射線實驗—負(fù)電性物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)湯姆生實驗裝置簡圖（1）（b）測定荷質(zhì)比(e/m)—負(fù)電粒子帶有普遍性

1897年，英國物理學(xué)家湯姆生(J.J.Thomson)，測定了這種帶電粒子的電荷(e)和質(zhì)量(m)之比，簡稱荷質(zhì)比(e/m)。他發(fā)現(xiàn)無論任何氣體，也不論任何材料做成的陰極，所產(chǎn)生粒子的e/m均相同。一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人2020/11/14102（b）測定荷質(zhì)比(e/m)—負(fù)電粒子帶有普遍性一位最先打開通

（C）確定質(zhì)量和電荷---發(fā)現(xiàn)電子

1909年,美國物理學(xué)家Millikan設(shè)計了油滴實驗測定了電子的電荷。根據(jù)e/m可以得到電子的質(zhì)量。

結(jié)論：“有比原子小得多的粒子存在”，人們將這種粒子稱為電子。

2020/11/14103（C）確定質(zhì)量和電荷---發(fā)現(xiàn)電子2020/11/148

新的思考：

原子是電中性的，原子中既然存在帶負(fù)電荷的電子，就必然還有帶正電荷的物質(zhì)，即原子是由帶負(fù)電荷的電子和帶正電荷的物質(zhì)組成的，這就為人們認(rèn)識物質(zhì)的更深層次——原子結(jié)構(gòu)打開了大門。2020/11/14104新的思考：2020/11/149（1911年,盧瑟福(E.Rutherford)用α粒子射線(Ｈｅ２＋)轟擊金箔時發(fā)現(xiàn)，多數(shù)α粒子暢通無阻，只有少數(shù)α粒子在前進(jìn)中像遇到了不可穿透的壁壘一樣，被折射和反彈回來。

2）α粒子散射實驗--原子核的發(fā)現(xiàn)

著名的

粒子散射實驗2020/11/14105（1911年,盧瑟福(E.Rutherford)用αα粒子電子α粒子散射實驗2020/11/14106α粒子電子α粒子散射實驗2020/11/1411粒子散射實驗1、絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿原來方向前進(jìn)．2、少數(shù)α粒子發(fā)生了較大的偏轉(zhuǎn)．3、極少數(shù)α粒子的偏轉(zhuǎn)超過90°．4、有的甚至幾乎達(dá)到180°．第一條現(xiàn)象說明，原子中絕大部分是空的第二、三現(xiàn)象可看出，α粒子受到較大的庫侖力作用第四條現(xiàn)象可看出，α粒子在原子中碰到了比他質(zhì)量大的多的東西2020/11/14107粒子散射實驗1、絕大多數(shù)α粒子穿過金箔后仍沿通過測定和計算，他指出：原子中存在一個幾乎集中了原子全部(99.9%以上)質(zhì)量，而大小僅為原子１/１０１２的帶正電荷的粒子。

他將其稱為原子的核。

2020/11/14108通過測定和計算，他指出：2020/11/1413在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核．原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量都集中在原子核里．帶負(fù)電的電子在核外空間繞著核旋轉(zhuǎn)．原子的核式結(jié)構(gòu)盧瑟福提出的原子核式結(jié)構(gòu)2020/11/14109在原子的中心有一個很小的核，叫做原子核．原子的核式結(jié)構(gòu)盧瑟福意義：

電子像行星繞太陽運轉(zhuǎn)一樣繞原子核運動，這就是大家悉知的原子結(jié)構(gòu)的“行星式模型”。這是人類認(rèn)識微觀世界的重要里程碑，這個模型已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的象征.。2020/11/14110意義：2020/11/1415

盧瑟福在實驗中還發(fā)現(xiàn)，被轟擊的原子中還可能跑出帶正電荷的粒子，經(jīng)過測定和計算，這種粒子所帶的電量和質(zhì)量也都與原子種類無關(guān)，而電量正好等于1個電子電量的正值,盧瑟福將其命名為質(zhì)子。

1912年英國人莫斯萊(Moseley)用實驗測定了各種原子的荷電荷數(shù)，證明：原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和核外的電子數(shù)都恰好等于原子序數(shù)。（3）正電荷粒子--質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)2020/11/14111盧瑟福在實驗中還發(fā)現(xiàn)，被轟擊的原子中還可能跑出帶正電荷思考：

既然原子的質(zhì)量集中于原子核，那么核內(nèi)質(zhì)子的總質(zhì)量應(yīng)當(dāng)近似等于原子的質(zhì)量。但是對于多數(shù)原子，其質(zhì)子的總質(zhì)量小于原子的質(zhì)量？（4）質(zhì)量關(guān)系推理--中子的發(fā)現(xiàn)2020/11/14112（4）質(zhì)量關(guān)系推理--中子的發(fā)現(xiàn)2020/11/1417盧瑟福因此指出：原子核內(nèi)還可能存在一種質(zhì)量與質(zhì)子相似的電中性粒子，他將其稱為中子。這種預(yù)見于1932年被實驗所證實。2020/11/14113盧瑟福因此指出：2020/11/1418小結(jié)：原子的組成

原子

組成

發(fā)現(xiàn)史

原子核質(zhì)子

1896年，盧瑟福α粒子散射實驗中子

核外電子

1897年家湯姆生陰極射線管實驗2020/11/14114小結(jié)：原子的組成

組成發(fā)現(xiàn)史質(zhì)子核電荷數(shù)(Z)

=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)

=核外電子數(shù)=原子序數(shù)原子量(A)=質(zhì)量數(shù)

=質(zhì)子數(shù)（Z）+中子數(shù)（N）

原子(A)原子核電子(Z)→帶負(fù)電，m→0質(zhì)子(Z)→帶正電中子(N)→不帶電2020/11/14115核電荷數(shù)(Z)=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)原子(A)原子核電子(Z實驗證明，質(zhì)子和中子是由更小的微?！翱淇恕睒?gòu)成。有關(guān)夸克的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)仍有探索和研究中……2020/11/14116實驗證明，質(zhì)子和中子是由更小的微?！翱淇恕睒?gòu)成。2020/1核型原子模型的局限性經(jīng)典電磁理論證實：運動著的電子要向外輻射電磁波，隨之能量逐漸降低，繞核運動的圓周半徑逐漸變小，原子應(yīng)該不斷輻射波長連續(xù)變大的電磁波—連續(xù)光譜。電子能量不斷降低的結(jié)果，是電子最終能量為零，原子將不復(fù)存在。但事實上，電子穩(wěn)定存在，且基態(tài)原子不對外輻射電磁波，激發(fā)態(tài)的原子的發(fā)射光譜也只是分立的線狀光譜，而不是連續(xù)光譜。2020/11/14117核型原子模型的局限性經(jīng)典電磁理論證實：運動著的電子要向外輻射盧瑟福（1871-1937）ErnestRutherfordl1895年英國劍橋大學(xué)博士導(dǎo)師湯姆遜（J.J.Thomson）盧瑟福一生從事放射性研究。發(fā)現(xiàn)了α和β射線，于1899年證明了α射線是氦核粒子，β射線是電子，為此，獲得1908年諾貝爾化學(xué)獎；與他的學(xué)生F.Soddy一起發(fā)現(xiàn)了放射性元素的自發(fā)蛻變現(xiàn)象；1909年發(fā)現(xiàn)α粒子的散射現(xiàn)象，1911年提出了他的核型原子模型。核物理學(xué)之父2020/11/14118盧瑟福（1871-1937）核物理學(xué)之父2020/11/14近代原子結(jié)構(gòu)理論的確立從氫原子光譜實驗開始.

白光光譜氫原子光譜原子光譜：2020/11/14119近代原子結(jié)構(gòu)理論的確立從氫原子光譜實驗開始.白光氫原子光譜的不連續(xù)性充分說明電子運動狀態(tài)的不連續(xù)性，以及狀態(tài)變化的不連續(xù)性。2020/11/14120氫原子光譜的不連續(xù)性充分說明電子運動狀態(tài)的不連續(xù)性，以及狀態(tài)1.玻爾(Bohr)模型

1913年，丹麥物理學(xué)家Bohr，在Planck量子論﹑Einstein光子學(xué)說和Rutherford有核模型基礎(chǔ)上，提出關(guān)于原子結(jié)構(gòu)模型，從理論上成功的解釋了氫原子光譜。物理量變化的不連續(xù)性——量子化、玻爾原子模型2020/11/141211.玻爾(Bohr)模型物理量變化的不連續(xù)性2020/112.波爾理論的基本要點a)電子只能在某些特定的軌道上繞核運動。此時既不吸收能量也不釋放能量。這些穩(wěn)定的狀態(tài)稱為定態(tài)。能量最低的定態(tài)稱為基態(tài)；其余的則稱為激發(fā)態(tài)。b)原子中可能存在的各種定態(tài)是不連續(xù)的。2020/11/141222.波爾理論的基本要點a)電子只能在某些特定的軌道上繞核c)電子由一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)時，一定會放出或吸收能量，其大小取決于兩個定態(tài)能量差，即hv=E2-E1=ΔE2020/11/14123c)電子由一個定態(tài)躍遷到另一個定態(tài)時，一定2020/11/波爾理論成功之處：

1）成功地解釋了氫原子的線狀光譜；2）計算出氫原子半徑和電離能。波爾理論的局限性：

1）不能解釋多電子原子的光譜；2）不能解釋氫光譜在磁場中的分裂現(xiàn)象和微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系?？梢姡簭暮暧^到微觀，物質(zhì)已經(jīng)實現(xiàn)了從量變到質(zhì)變的飛躍，必須全面了解微觀粒子的運動特性，才能建立起適合于微觀粒子的全新的力學(xué)體系。2020/11/14124波爾理論成功之處：波爾理論的局限性：可見：從宏觀到微觀，物質(zhì)原因：沒有考慮微觀世界粒子的特性—波粒二象性(wave–particleduality)2020/11/14125原因：沒有考慮微觀世界粒子的特性—波粒二象性(wave–

玻爾和他的原子模型玻爾（N.Bohr1885-1962）丹麥人，哥本哈根大學(xué)教授。是盧瑟福指導(dǎo)過的11名獲得諾貝爾獎的學(xué)生之一。1913年，玻爾大膽地拋開了經(jīng)典電動力學(xué)理論，硬性假設(shè)電子繞核運動不輻射出能量，將普朗克量子論應(yīng)用于盧瑟福的核型原子模型，提出穩(wěn)定軌道、定態(tài)和電子躍遷的概念。2020/11/14126玻爾和他的原子模型玻爾（N.Bohr1885-1961924年，法國的德布羅依（L.DeBroglie）在光的波粒二象性的啟發(fā)下，提出一個天才而大膽的假設(shè)：電子等實物微粒子的運動也具有波粒二象性。他認(rèn)為，對于質(zhì)量為m，速度為υ的微粒，具有的波長為：λ=h/mυ這個波稱為物質(zhì)波（常稱為德布羅依波）。三年后，美國的戴維遜等在紐約貝爾實驗室所做的電子衍射實驗，證實了德布羅依的假設(shè)。一、電子的波粒二象性原子核外電子的運動狀態(tài)2020/11/14127一、電子的波粒二象性原子核外電子的運動狀態(tài)2020/11/1動畫2020/11/14128動畫2020/11/1433

電子衍射實驗

不僅證實了微觀粒子的波粒二象性，同時由實驗得到的電子波的波長也與按德布羅依公式計算出來的一樣。

鋁箔對波長71pm的電子衍射花紋2020/11/14129鋁箔對波長71pm的電子衍射花紋2020/11/1434我們知道，對于火車、飛機(jī)、行星等宏觀物體的運行，根據(jù)經(jīng)典力學(xué)，可以指出它們在某一瞬間的速度和位置。但對于具有波粒二象性的微粒如電子來說，其運動狀況就不能用經(jīng)典力學(xué)來描述。1927年，德國物理學(xué)家海森堡提出了著名的測不準(zhǔn)原理：對于波粒二象性的微粒而言，不可能同時準(zhǔn)確測定它們在某瞬間的位置和速度（或動量）。二、不確定原理(測不準(zhǔn)原理)2020/11/14130我們知道，對于火車、飛機(jī)、行星等宏觀物體二、不確定原1926年，海森堡(Heisenberg)關(guān)系式：2020/11/141311926年，海森堡(Heisenberg)關(guān)系式：2020/三、量子力學(xué)和原子軌道—波函數(shù)

在經(jīng)典物理中，波的運動狀態(tài)一般是通過波函數(shù)來描述的。

例如：電磁波可用函數(shù)ψ(x,y,z,t)來描述，ψ代表t時刻在(x，y，z)點電場或磁場的強度，它是空間坐標(biāo)x,y,z和時間

t的函數(shù)，因此稱Ψ為波函數(shù)。一、波函數(shù)、量子數(shù)2020/11/14132三、量子力學(xué)和原子軌道—波函數(shù)一、波函數(shù)、1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤從電子的波粒二象性出發(fā)，把電子的運動與光的波動理論聯(lián)系起來，提出了描述氫原子核外電子運動狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，建立了實物微粒的波動方程，這就是著名的薛定諤方程。薛定諤1887-1961(E.Stir?dinger)2020/11/141331926年，奧地利物理學(xué)家薛薛定諤2020/11/1438方程中,Ψ叫做波函數(shù)；m為電子質(zhì)量；h為普朗克常數(shù)；E為系統(tǒng)的總能量；V為系統(tǒng)的勢能。由于薛定諤方程包含有x,y,z三個變量，則方程的解Ψ也是包含有x,y,z三個變量的函數(shù)式，可以表示為Ψ(x,y,z),也可以用球坐標(biāo)表示為Ψ(r,θ,φ)。2020/11/141342020/11/1439球坐標(biāo)(r,θ,φ)與直角坐標(biāo)系的關(guān)系222zyxr++=cosrz=qsinsinry=φqcossinrx=φq(r,θ,φ)=R(r)·Y(θ,φ)坐標(biāo)變換2020/11/14135球坐標(biāo)(r,θ,φ)與直角坐標(biāo)系的關(guān)系222zyxr++=氫原子的一些波函數(shù)和能量空間狀態(tài)Ψn,l,m(r,θ,φ)能量/J1s-2.179×10-182s-5.447×10-192px-5.447×10-192020/11/14136氫原子的一些波函數(shù)和能量空間狀態(tài)Ψn,l,m(r,θ,φ)能關(guān)于波函數(shù)的說明將空間某點的坐標(biāo)值，帶入到某空間狀態(tài)的波函數(shù)Ψn，l，m(r,θ,φ)式當(dāng)中，就可以得知該點的波函數(shù)的值。波函數(shù)Ψ本身沒有具體的物理意義，波函數(shù)的平方表示電子在該點的概率密度。這就是微觀粒子運動規(guī)律的統(tǒng)計學(xué)意義。∣ψ∣22020/11/14137關(guān)于波函數(shù)的說明∣ψ∣22020/11/1442波函數(shù)Ψ常被稱為原子軌道，但它不具有宏觀軌道的含義，僅為一個函數(shù)式子，它對應(yīng)著核外電子可能采取的一種運動狀態(tài)。薛定諤方程含有三個坐標(biāo)變量,它的解—波函數(shù)

ψ中一定含有三個常數(shù)項n,l,m。為了使方程的解有意義,n,l,m的取值不可任意，而要遵循一定的規(guī)則，n,l,m稱為量子數(shù)。2020/11/14138波函數(shù)Ψ常被稱為原子軌道，但它不具有宏觀2020/1小結(jié):１.核外電子的運動具有量子化特征。每一ψ對應(yīng)一確定的能量值，稱為“定態(tài)”?；鶓B(tài)時能量最小，比基態(tài)能量高的是激發(fā)態(tài)。２.核外電子的運動具有波粒二象性，電子波是幾率波；即微觀粒子的運動無明確的軌道，但可確定它在核外空間某處出現(xiàn)幾率的大小。３.量子力學(xué)中：波函數(shù)ψ(x,y,z)=原子軌道。４.一個確定的波函數(shù)ψ代表電子的一種空間運動狀態(tài)，∣ψ∣2表示在空間某處(x,y,z)電子出現(xiàn)的幾率密度。5.電子云是電子幾率密度∣ψ∣2分布的形象化描述。2020/11/14139小結(jié):2020/11/1444n,主量子數(shù)

取值：1,2,3,···等自然數(shù)。意義：決定軌道的能級，如在單電子中：n取值越大，軌道能量越高，電子出現(xiàn)概率最大的區(qū)域離核越遠(yuǎn)。單電子原子中，n相同的原子軌道為簡并軌道。能量相同的軌道稱為“簡并軌道”。2020/11/14140n,主量子數(shù)2020/11/1445(2)l,角量子數(shù)

取值：0，1，2，3，……n-1；光譜符號：s，p，d，f，……取值數(shù)：n個n取值數(shù)l光譜符號軌道符號110s1s220s2s1p2p330s3s1p3p2d3d2020/11/14141(2)l,角量子數(shù)n取值數(shù)l光譜符號軌道符號110s角量子數(shù)與原子軌道的形狀有關(guān)：l=0，即s軌道是球形對稱的；l=1，即p軌道呈啞鈴狀；l=2，即d軌道呈花瓣狀；

yxzxyzxypysdyz+－－+z2020/11/14142角量子數(shù)與原子軌道的形狀有關(guān)：yxzxyzxypysdy(3)m,磁量子數(shù)

取值：0,±1,±2,…±l；

取值數(shù)：2l+1個對于s軌道,l=0,m=0，ns軌道只有一條；p軌道,l=1,

m=0,±1,np軌道有三條；d軌道,l=2,

m=0,±1,±2,nd軌道有五條。意義：磁量子數(shù)與軌道(或電子云)的伸展方向有關(guān).如：npx,npy,n