第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)模型

第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)模型第1頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月一：原子結(jié)構(gòu)模型發(fā)展1.道爾頓實(shí)心硬球模型

英國自然科學(xué)家約翰·道爾頓提出了世界上第一個原子的理論模型。他的理論主要有以下三點(diǎn)：①原子都是不能再分的粒子；②同種元素的原子的各種性質(zhì)和質(zhì)量都相同；③原子是微小的實(shí)心球體。雖然，經(jīng)過后人證實(shí)，這是一個失敗的理論模型，但道爾頓第一次將原子從哲學(xué)帶入化學(xué)研究中，明確了今后化學(xué)家們努力的方向，化學(xué)真正從古老的煉金術(shù)中擺脫出來，道爾頓也因此被后人譽(yù)為“近代化學(xué)之父”第2頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.湯姆遜模型湯姆遜在發(fā)現(xiàn)電子的基礎(chǔ)上提出了原子的葡萄干布丁模型，湯姆遜認(rèn)為：①電子是平均的分布在整個原子上的，就如同散布在一個均勻的正電荷的海洋之中，它們的負(fù)電荷與那些正電荷相互抵消。

②在受到激發(fā)時，電子會離開原子，產(chǎn)生陰極射線。第3頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月3.盧瑟福核式模型

湯姆遜的學(xué)生盧瑟福完成的α粒子轟擊金箔實(shí)驗(yàn)（散射實(shí)驗(yàn)），否認(rèn)了葡萄干布丁模型的正確性。盧瑟福以經(jīng)典電磁學(xué)為理論基礎(chǔ)，主要內(nèi)容有：①原子的大部分體積是空的②在原子的中心有一個很小的原子核③原子的全部正電荷在原子核內(nèi)，且?guī)缀跞抠|(zhì)量均集中在原子核內(nèi)部。帶負(fù)電的電子在核空間進(jìn)行繞核運(yùn)動。第4頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月光譜：用儀器記錄物質(zhì)吸收或發(fā)射光的波長和強(qiáng)度時，能得到有若干條線組成的圖像，這種圖像叫做光譜。光譜是微觀粒子在運(yùn)動過程中能量變化的反映。將光譜按譜線之間的距離的不同進(jìn)行分類，分為連續(xù)光譜和線狀光譜。連續(xù)光譜：是由各種波長差別極小彼此不能分辨的譜線組成的光譜。反映了微觀粒子在運(yùn)動過程中能量變化的連續(xù)性線狀光譜：由具有特定波長，彼此分離的譜線組成。反映了微粒在運(yùn)動過程中能量變化的不連續(xù)性。第5頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月原子光譜：任何單原子氣體在激發(fā)下都會產(chǎn)生光譜。原子光譜是線狀光譜，不同元素的光譜線不同。氫原子光譜：氫原子光譜實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電子運(yùn)動的量子化特征,得到是一系列不連續(xù)的線狀光譜.

量子化：以一個單位的整數(shù)倍進(jìn)行不連續(xù)的吸收或發(fā)射能量的過程叫能量的量子化

第6頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月盧瑟福核式結(jié)構(gòu)的問題按經(jīng)典電磁學(xué)理論，電子繞核旋轉(zhuǎn)，做加速運(yùn)動，電子將不斷向四周輻射電磁波，它的能量不斷減小，從而將逐漸靠近原子核，最后落入原子核中。軌道及轉(zhuǎn)動頻率不斷變化，輻射電磁波頻率也是連續(xù)的，原子光譜應(yīng)是連續(xù)的光譜。而實(shí)驗(yàn)表明原子相當(dāng)穩(wěn)定，原子光譜也是線狀光譜。這一結(jié)論與實(shí)驗(yàn)不符。第7頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月4.玻爾電子分層排布模型為了解釋氫原子線狀光譜這一事實(shí)，玻爾提出了核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型。他的基本觀點(diǎn)是：①原子中的電子在具有確定半徑的圓周軌道上繞原子核運(yùn)動，不輻射能量②在不同軌道上運(yùn)動的電子具有不同的能量，且能量是量子化的，軌道能量值依n（1，2，3，...）的增大而升高③當(dāng)電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時，才會輻射或吸收能量。如果輻射或吸收的能量以光的形式表現(xiàn)并被記錄下來，就形成了光譜。第8頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月波爾理論的不足之處：1.不能解釋氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)2.不能解釋氫原子光譜在磁場中的分裂3.不能解釋多電子原子的光譜第9頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月二.量子力學(xué)對原子核外電子運(yùn)動狀態(tài)的描述

核外電子的運(yùn)動狀態(tài)可以用n、l、m、ms四個量子數(shù)來描述1.主量子數(shù)(n)又叫電子層數(shù)主量子數(shù)n是用來描述原子中電子出項(xiàng)幾率最大區(qū)域離核的距離。是決定軌道能量高低的主要因素。

取值范圍:除0以外的正整數(shù).

n=1、2、3、4、5、6、7……

符號：K、L、M、N、O、P、Q……

第10頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月2.角量子數(shù)(L)又叫電子亞層取值范圍:0到n-1的所有正整數(shù),共有n個值。L的取值決定于n.符號:對應(yīng)于L＝0、１、２、３、……(n-1)的每個數(shù)值,可用相應(yīng)的s、p、d、f……等字母表示各值意義：角量子數(shù)確定原子軌道（電子云）的形狀并在多電子原子中和主量子數(shù)一起決定電子的能級。（其中單電子原子電子能量完全由n決定）電子繞核運(yùn)動，不僅具有一定的能量，而且也有一定的角動量M，它的大小同原子軌道的形狀有密切關(guān)系。例如L=0時說明原子中電子運(yùn)動情況同角度無關(guān)，即原子軌道的軌道是球形對稱的；L=1時，其原子軌道呈啞鈴形分布；如L=2時，則呈花瓣形分布。第11頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月通常情況下，或者說在沒有外磁場的條件下，對于同一多電子原子，位于同一能級（n、l相同）的電子能量相同，位于不同能級的電子能量不同。（對于不同的原子，即使量子數(shù)n、l相同，其能級的能量也不同）當(dāng)電子層數(shù)（主量子數(shù)）相同且有多個能級時，各能級能量高低順序是：Ens<Enp<End<Enf例如鈉原子受激發(fā)成激發(fā)態(tài)后，處于n=4的電子層的電子躍遷回n=3的電子層的不同能級是所形成的光譜就含有多條譜線

第12頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月3.磁量子數(shù)(m)：標(biāo)記同一能級上的不同運(yùn)動狀態(tài)的電子

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在沒有外磁場的條件下，量子數(shù)n、l相同的狀態(tài)的能量是相同的；有外磁場時，這些狀態(tài)的能量就不同了(線狀光譜發(fā)生分裂)。我們用磁量子數(shù)m標(biāo)記這些狀態(tài)。

取值范圍：m的取值決定于L。從+L到-L并包括0在內(nèi)的整數(shù)值。m=0、±1、±2、±3……±L，共2L+1個取值。

4.自旋量子數(shù)(ms)

原子中的電子不僅圍繞著原子核運(yùn)動，也圍繞著本身的軸轉(zhuǎn)動，這種轉(zhuǎn)動叫做電子的自旋。ms就是用來描述電子自旋方向的數(shù)值。取值：自旋只有兩個方向，順時針和逆時針，因此只有兩個值，+1/2和-1/2。意義：表示在同一軌道中，只能容納兩個自旋相反的兩個電子。從而確定了具體的電子。第13頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月

因此有：決定電子能量的量子數(shù)有n、l;決定電子運(yùn)動軌道的量子數(shù)有n、l、m;決定電子運(yùn)動的量子數(shù)有n、l、m、ms。即在同一個原子中不可能有4個量子數(shù)完全相同的電子存在，或者說由4個量子數(shù)確定的運(yùn)動狀態(tài)只能存在一個電子。第14頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月n、l、m、ms的數(shù)值關(guān)系主量子數(shù)（n）1234角量子數(shù)（l）0010120123磁量子數(shù)（m）000±100±10±1±200±10±1±20±1±2±3原子軌道數(shù)（2l+1）11313513571s2s2p3s3p3d4s4p4d4f原子軌道數(shù)（n2）14916電子層最多容納電子數(shù)（2n2）281832第15頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月l與n的取值關(guān)系及軌道符號、軌道形狀nl軌道符號電子亞層符號軌道形狀10s1ss為球形對稱20、1s、p2s、2pp為啞鈴形30、1、2s、p、d3s、3p、3dd為花瓣形40、1、2、3s、p、d、f4s、4p、4d、4ff形狀復(fù)雜n0、1、2、3、4………………第16頁，課件共17頁，創(chuàng)作于2023年2月原子中電子在核外繞核運(yùn)動的運(yùn)動狀態(tài)由量子數(shù)n、l、m確定。核外電子的運(yùn)動沒有具體的軌道，通常所說的原子軌道真正含義是指單電子波函數(shù)，他不是任何類型的機(jī)波