氫原子光譜和波爾的原子結(jié)構(gòu)模型

1、第一章第一章 原子結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)在美麗的城市，我們經(jīng)?？梢钥吹轿骞馐诿利惖某鞘校覀兘?jīng)?？梢钥吹轿骞馐哪藓鐭?，霓虹燈為什么能發(fā)出五顏六色的霓虹燈，霓虹燈為什么能發(fā)出五顏六色的光？色的光？通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，將會幫助我們通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，將會幫助我們揭開其中的秘密。揭開其中的秘密。【聯(lián)想聯(lián)想. .質(zhì)疑質(zhì)疑】第一節(jié)第一節(jié) 原子結(jié)構(gòu)模型原子結(jié)構(gòu)模型一、氫原子光譜和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型一、氫原子光譜和玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型光譜的定義光譜的定義許多物質(zhì)都能夠吸收光或發(fā)射光。為了研究物質(zhì)的這種性質(zhì)，人們許多物質(zhì)都能夠吸收光或發(fā)射光。為了研究物質(zhì)的這種性質(zhì)，人們利用儀器將物質(zhì)吸收光或發(fā)射光的利用儀器將物質(zhì)吸收光或發(fā)

2、射光的_和和_分布記錄下來，就分布記錄下來，就得到所謂的光譜。得到所謂的光譜。波長波長強(qiáng)度強(qiáng)度光譜的應(yīng)用光譜的應(yīng)用在現(xiàn)代化學(xué)中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，在現(xiàn)代化學(xué)中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，稱為光譜分析。在歷史上，許多元素是通過原子光譜發(fā)現(xiàn)稱為光譜分析。在歷史上，許多元素是通過原子光譜發(fā)現(xiàn)的，如銫的，如銫(1860年年)和銣和銣(1861年年)，其光譜圖中有特征的藍(lán)，其光譜圖中有特征的藍(lán)光和紅光，它們的拉丁文名稱由此得名。光和紅光，它們的拉丁文名稱由此得名?！竟夤?譜譜】光譜的分類光譜的分類發(fā)射光譜吸收光譜光譜的分類光譜的分類連續(xù)光譜連續(xù)光譜：若由光譜儀獲得的光譜是

3、由：若由光譜儀獲得的光譜是由_的光所的光所組成，且相近的波長差別極小而不能分辨，則所得光譜為組成，且相近的波長差別極小而不能分辨，則所得光譜為各種波長各種波長連續(xù)光譜。例如，陽光形成的光譜即為連續(xù)光譜。連續(xù)光譜。例如，陽光形成的光譜即為連續(xù)光譜。線狀光譜線狀光譜：若由光譜儀獲得的光譜是由具有：若由光譜儀獲得的光譜是由具有_的、彼此分立的譜線組成，則所得光譜為線狀光譜。的、彼此分立的譜線組成，則所得光譜為線狀光譜。例如氫原子光譜、氦原子光譜等都是線狀光譜。例如氫原子光譜、氦原子光譜等都是線狀光譜。特定波長特定波長1803年英國科學(xué)家道爾頓英國科學(xué)家道爾頓（Dalten 17661844Dalte

4、n 17661844）把古代模糊的原子假說發(fā)把古代模糊的原子假說發(fā)展為科學(xué)的原子理論，為展為科學(xué)的原子理論，為近代化學(xué)的發(fā)展奠定了重近代化學(xué)的發(fā)展奠定了重要的基礎(chǔ)。恩格斯曾譽稱要的基礎(chǔ)。恩格斯曾譽稱他為他為“近代化學(xué)之父近代化學(xué)之父”。 原子是組成物質(zhì)的基本粒子，它們是原子是組成物質(zhì)的基本粒子，它們是堅實的、不可再分堅實的、不可再分的的實心實心球。球。 按照道爾頓的理論，原子是既不能創(chuàng)造，也不能按照道爾頓的理論，原子是既不能創(chuàng)造，也不能毀滅，又不能再分割的最最基本的物質(zhì)粒子。毀滅，又不能再分割的最最基本的物質(zhì)粒子。100100年后：湯姆遜用發(fā)現(xiàn)了電子，并且在各種元素的年后：湯姆遜用發(fā)現(xiàn)了電子，

5、并且在各種元素的原子中都有電子。原子中都有電子。這樣看來，原子就不是不可再分的這樣看來，原子就不是不可再分的了！也就是說，原子不是最最基本的物質(zhì)粒子了！了！也就是說，原子不是最最基本的物質(zhì)粒子了！ 原子是一個原子是一個平均分布平均分布著正電荷的粒子，其中鑲嵌著正電荷的粒子，其中鑲嵌著許多電子，中和了正電荷，從而形成了中性原子。著許多電子，中和了正電荷，從而形成了中性原子。（19031903年）年） 原子中心有一個帶正電荷的核，它的質(zhì)量幾乎等于原子的全部質(zhì)量，電子在它的周圍沿著不同的軌道運轉(zhuǎn)，就象行星環(huán)繞太陽運轉(zhuǎn)一樣。（19111911年）年） 根據(jù)已經(jīng)知道的電磁運動的規(guī)律，電子在運動的時候會放

6、出電磁波（能量）。因此，繞著原子核旋轉(zhuǎn)的電子，因為能量逐漸減小，應(yīng)當(dāng)沿著一條螺旋形的軌道轉(zhuǎn)動，離中心的原子核越來越近，最后碰在原子核上。這樣一來，原子就被破壞了。 實際上，原子很穩(wěn)定，有一定大小，并沒有發(fā)生這種電子同原子核碰撞的情況。這又怎樣解釋呢？ 根據(jù)盧瑟福的核式原子結(jié)構(gòu)模型和經(jīng)典的電磁學(xué)觀點，圍繞原子核高速運動的電子一定會自動且連續(xù)的輻射能量，氫原子的光譜就應(yīng)當(dāng)是由各種波長的光組成，且相近的波長差別極小而不能分辨。連續(xù)光譜然而，實驗表明，氫原子的光譜是由具有特定波長。彼此分立的譜線組成的。線狀光譜（19131913年）年）丹麥科學(xué)家玻爾丹麥科學(xué)家玻爾(N.Bohr，18851962)第一

7、次認(rèn)識到氫原子光譜是第一次認(rèn)識到氫原子光譜是由氫原子的電子躍遷產(chǎn)生的，并通過純粹的理論計算得到氫原子光由氫原子的電子躍遷產(chǎn)生的，并通過純粹的理論計算得到氫原子光譜的譜線波長，與實驗結(jié)果幾乎完全相同，科學(xué)界大為震驚。原子譜的譜線波長，與實驗結(jié)果幾乎完全相同，科學(xué)界大為震驚。原子結(jié)構(gòu)理論從此長足發(fā)展，最后建立了量子力學(xué)，人類歷史從此進(jìn)入結(jié)構(gòu)理論從此長足發(fā)展，最后建立了量子力學(xué)，人類歷史從此進(jìn)入了量子時代。了量子時代。玻爾原子結(jié)構(gòu)模型的基本觀點：玻爾原子結(jié)構(gòu)模型的基本觀點：(1)原子中的電子在具有確定半徑的原子中的電子在具有確定半徑的_軌道上繞軌道上繞_運動，并運動，并且不輻射能量。且不輻射能量。(

8、2)在不同軌道上運動的電子具有在不同軌道上運動的電子具有_的能量的能量(E)，而且能量是，而且能量是_的。的。(3)只有當(dāng)電子從一個軌道只有當(dāng)電子從一個軌道(Ei)_到另一個軌道到另一個軌道(Ej)才會輻射或吸才會輻射或吸收能量。收能量。h|EjEi|。圓周原子核不同量子化躍遷（19131913年）年）電子層電子層【閱讀閱讀P P3 3】光譜形成的原因光譜形成的原因原子在正?；蚍€(wěn)定狀態(tài)時，電子盡可能處于能量最低的軌原子在正?；蚍€(wěn)定狀態(tài)時，電子盡可能處于能量最低的軌道，這種狀態(tài)稱為道，這種狀態(tài)稱為_；電子受激發(fā)處于能量高于；電子受激發(fā)處于能量高于_的狀態(tài)稱為的狀態(tài)稱為_。原子核外電子在一定條件下

9、會發(fā)生。原子核外電子在一定條件下會發(fā)生躍遷，躍遷過程中伴隨著躍遷，躍遷過程中伴隨著_的變化。如果輻射或吸收的變化。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。的能量以光的形式表現(xiàn)并被記錄下來，就形成了光譜。4基態(tài)基態(tài)激發(fā)態(tài)能量為什么氫原子光譜是線狀光譜？n=4n=3n=2n=1吸收能量釋放能量 玻爾的核外電子分層排玻爾的核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型布的原子結(jié)構(gòu)模型成功成功地地解釋解釋了氫原子光譜是了氫原子光譜是線狀光譜的事實，闡明線狀光譜的事實，闡明了原子光譜了原子光譜源自源自核外電核外電子在能量不同的軌道之子在能量不同的軌道之間的間的躍遷躍遷，而電子所處，而電子所處的軌道

10、的能量是量子化的軌道的能量是量子化的。的。用鎂粉、堿金屬鹽及堿土金屬鹽等可以做成焰火。燃放時，焰火發(fā)出五顏六色的光，請用原子結(jié)構(gòu)的知識解釋發(fā)光的原因：_。 燃燒時，電子獲得能量，從能量較低的軌道向能量較高的軌道躍遷，躍遷到能量較高的軌道的電子處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，它隨即就會躍達(dá)到能量較低的軌道，并向外界以光能的形式釋放能量【現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用】焰火、霓虹燈探密 在制作霓虹燈時，首先將封裝有電極的細(xì)在制作霓虹燈時，首先將封裝有電極的細(xì)長玻璃管內(nèi)的氣體抽出，然后充入情性氣長玻璃管內(nèi)的氣體抽出，然后充入情性氣體（氦氣、氖氣、氮氣）或水銀蒸氣。這體（氦氣、氖氣、氮氣）或水銀蒸氣。這樣，當(dāng)霓虹燈的電極被加上高電壓

11、后，電樣，當(dāng)霓虹燈的電極被加上高電壓后，電極中的電子在電場的作用下逸出并撞擊氣極中的電子在電場的作用下逸出并撞擊氣體原子，氣體原子中的核外電子被體原子，氣體原子中的核外電子被激發(fā)激發(fā)，從而產(chǎn)生從而產(chǎn)生特定波長特定波長的光。（霓紅燈的顏色的光。（霓紅燈的顏色是由充入的氣體種類決定的）是由充入的氣體種類決定的）【現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用】焰火、霓虹燈探密【質(zhì)疑】波爾只引入一個量子數(shù)n（即能層），解釋了氫原子光譜是線狀光譜的事實。但用高分辨光譜儀在無外磁場的情況下觀察時發(fā)現(xiàn)，氫原子的電子由n=2的狀態(tài)躍遷到n=1的狀態(tài)時，得到的是兩條靠得很近的譜線，這如何解釋呢？在原子中，同一能層的電子，能量也可能不同還可以把它們

12、分成能級用用nl表示表示任一能層的能級總是從s能級開始同一能層里，能級的能量按s、p、d、f的順序升高。能級數(shù)能級數(shù)=該能層序數(shù)該能層序數(shù)數(shù)字符號 每個原子軌道須由三個只能取整數(shù)的量子數(shù)每個原子軌道須由三個只能取整數(shù)的量子數(shù)n n、 l l、m m共同描述共同描述. .原子軌道原子軌道原子軌道：原子軌道：量子力學(xué)把電子在原子核外的一個量子力學(xué)把電子在原子核外的一個空間空間運運動狀態(tài)稱為一個原子軌道動狀態(tài)稱為一個原子軌道思考：思考：1 1、確定核外電子空間運動狀態(tài)的量子數(shù)有哪些？、確定核外電子空間運動狀態(tài)的量子數(shù)有哪些？n l s2 2、確定原子軌道能量的量子數(shù)有哪些？、確定原子軌道能量的量子數(shù)

13、有哪些？3 3、對于確定的、對于確定的n n值，原子軌道數(shù)為多少？值，原子軌道數(shù)為多少？n l n2 【質(zhì)疑】在外磁場存在時，無論是氫原子還是多電子原子的光譜原來的一條譜線都可能分裂為多條，為什么？第二課時核外電子排布能層能層(n)(n) 一一二二三三四四五五六六七七符號符號K KL LM MN NO O P P Q Q能級能級(l)(l) 1s1s 2s2s 2p2p 3s3s 3p3p 3d3d 4s4s 4p4p 4d4d 4f4f 最多容最多容納的電納的電子數(shù)子數(shù)2 22 26 62 26 6 1010 2 26 6 1010 1414 2 28 8181832322n2n2 2量子數(shù)

14、和原子軌道的關(guān)系量子數(shù)和原子軌道的關(guān)系nlm原子軌道原子軌道m(xù)s取取值值符號符號 取值取值 符號符號取值取值符號符號取值取值1K0s01/22L0s01/21p0, 11/23M0s01/21p0, 11/22d0, 1 21/21s2s2px 2py 2pz3s3px 3py 3pz3dxy 3dyz 3dxz 3dx2-y2 3dz2比較下列軌道能量的高低比較下列軌道能量的高低1. ns np nd nf2. 1s 2s 3s 4s3. 2px 2py 2pz4. 3Px 2S 填充合理的量子數(shù)填充合理的量子數(shù)（1）n= _ , l=2 , m=0 , . （2）n=2 , l= _ ,

15、m=1, .（3）n= 4 , l=2 , m=0 ,ms = _（4）n= 2 , l=0 , m=_ , . 12sm 12sm 12sm 2、下列能級中容納電子數(shù)最多的是（、下列能級中容納電子數(shù)最多的是（ ） A、6S B、5P C、4d D、4f1、下列能級符號不正確的是（、下列能級符號不正確的是（ ） A、6S B、5P C、4d D、3fDD2、下列能級中容納電子數(shù)最多的是（、下列能級中容納電子數(shù)最多的是（ ） A、6S B、5P C、4d D、4f1、下列能級符號不正確的是（、下列能級符號不正確的是（ ） A、6S B、5P C、4d D、3f或或=3112sm 0電子的排布不是

16、完全按照能層的由小到大順序排布的，還與能級填充的順序有關(guān)。知道了原子核外電子的能層和能級可容納的最多電知道了原子核外電子的能層和能級可容納的最多電子數(shù)，是否就可以得出各種原子的電子排布呢？如子數(shù)，是否就可以得出各種原子的電子排布呢？如果原子的核外電子完全按能層次序排布，填滿一個果原子的核外電子完全按能層次序排布，填滿一個能層再開始填下一個能層。那鉀原子的電子排布應(yīng)能層再開始填下一個能層。那鉀原子的電子排布應(yīng)如何？而實際呢？如何？而實際呢？【思考思考】隨原子核電荷數(shù)遞增，絕大多數(shù)原子核外電子的排布遵循如右圖的排布順序核外電子在原子軌道上的排布遵循能量最低原則電子排布式將原子核外的電子排布用能級符

17、號表示出來的式子。如K的電子排布式為1s22s22p63s23p64s1 練習(xí)：寫出：碳、硫、鈦（練習(xí)：寫出：碳、硫、鈦（2222TiTi）的電子排布式）的電子排布式先按能量由低到高填充電子，再按能層次序書寫。練習(xí)：請寫出下列元素原子的電子排布式。鈧鈧21Sc21Sc： ；釩釩23V23V： ；錳錳25Mn25Mn： ；鐵鐵26Fe26Fe： ；鋅鋅30Zn30Zn： ；砷砷33As33As： ； 1s22s22p63s23p63d14s21s22s22p63s23p63d34s21s22s22p63s23p63d54s21s22s22p63s23p63d64s21s22s22p63s23p6

18、3d104s21s22s22p63s23p63d104s24p3簡化電子排布：Ne3s1寫出第8號元素氧、第14號元素硅和第26號元素鐵的簡化電子排布式!上式方括號里的符號的意義是：該元素前一個周期的惰性氣體電子排布結(jié)構(gòu)O：He2s22p4 Si：Ne3s23p2Fe：Ar3d64s2鈉 Na的簡化電子排布式：1s22s22p63s1鈉 Na的電子排布式：一般用小圓圈一般用小圓圈(或方框、短線或方框、短線)表示一個確表示一個確定的定的_，用，用“”“”或或“”“”來區(qū)別來區(qū)別_不同的電子。不同的電子。原子軌道原子軌道自旋方向自旋方向軌道表示式軌道表示式（又叫電子排布圖）（又叫電子排布圖）練習(xí)：

19、寫出：碳、硫、鈦（練習(xí)：寫出：碳、硫、鈦（2222TiTi）的軌道表示式）的軌道表示式2 2、泡利不相容原理、泡利不相容原理 每個軌道最多容納兩個自旋狀態(tài)不同的電子每個軌道最多容納兩個自旋狀態(tài)不同的電子3 3、洪特規(guī)則、洪特規(guī)則 在能量相同的軌道上排布時，電子盡可能分占不在能量相同的軌道上排布時，電子盡可能分占不同的軌道，且自旋狀態(tài)相同同的軌道，且自旋狀態(tài)相同練習(xí)：請寫出下列元素原子的電子排布圖。鈧鈧21Sc21Sc， 鉻鉻24Cr, 24Cr, 鐵鐵26Fe, 26Fe, 銅銅29Cu, 29Cu, 砷砷33As33As 洪特規(guī)則的特例：洪特規(guī)則的特例： 對于能量相同的軌道對于能量相同的軌道

20、( (同一電子亞層同一電子亞層) )，當(dāng)電子排布處于，當(dāng)電子排布處于全滿（全滿（s s2 2、p p6 6、d d1010、f f1414）、半滿（）、半滿（s s1 1、p p3 3、d d5 5、f f7 7）、全空）、全空（s s0 0、p p0 0、d d0 0、f f0 0）時比較穩(wěn)定，整個體系的能量最低。）時比較穩(wěn)定，整個體系的能量最低。 第三課時1.按能量由低到高的順序排列，正確的一組是( )A.1s、2p、3d、4s B.3s、4p、5s、5pC.2s、3s、2p、4s D.4p、3d、4s、2pB【溫故知新】2、寫出下列基態(tài)原子的軌道表示式:P V Cu寫出下列基態(tài)原子的電子

21、排布式：Br Si Ge3、在基態(tài)14C原子中，核外存在對自旋相反的電子24、氧元素基態(tài)原子核外未成對電子數(shù)為_個2 寫出Fe、Fe2+、Fe3+、K+、Br-的電子排布式。1s22s22p63s23p63d64s2 1s22s22p63s23p63d61s22s22p63s23p63d5 1s22s22p63s23p61s22s22p63s23p63d104s24p6注意 原子失去電子先失去最外層電子，而不一定先失去最后填的電子?！驹囈辉嚒繌?qiáng)化訓(xùn)練下列各原子或離子的電子排布式不正確的是( )A.Na+：1s22s22p6 B.Fe3+：1s22s22p63s23p63d34s2C.S2-：1

22、s22s22p63s23p4D.Ar：1s22s22p63s23p6BC價電子(價電子排布式)價電子：【練一練】寫出Mn、S、I的外圍電子排布式。3d54s2 3s23p4 5s25p5與與化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)的外層原子軌道上的電密切相關(guān)的外層原子軌道上的電子，稱為價電子。子，稱為價電子。即能夠影響元素化合價的電子即能夠影響元素化合價的電子主族元素：主族元素：價電子即價電子即 為最外層電子為最外層電子過渡元素：過渡元素：價電子包括價電子包括最外層電子和次外層最外層電子和次外層d d能級電子能級電子為了便于研究化學(xué)性質(zhì)與核外電子間的關(guān)系，人們常為了便于研究化學(xué)性質(zhì)與核外電子間的關(guān)系，人們常常

23、只表示出原子的常只表示出原子的價電子價電子排布排布我們知道了核外電子排布，那核外電子我們知道了核外電子排布，那核外電子是如何運動的呢？是如何運動的呢？電子在核外空間運動會不會和宏觀物體一電子在核外空間運動會不會和宏觀物體一樣呢？樣呢？思考：思考：電子云與原子軌道電子云與原子軌道 核外電子核外電子質(zhì)量小質(zhì)量小( (只有只有9.119.111010-31 -31 kg)kg)，運動運動空間小空間小（相對于宏觀物體而言）（相對于宏觀物體而言），運動速率大運動速率大( (近近光速光速) )。1.核外電子運動的特征核外電子運動的特征無確定的軌道無確定的軌道，無法描述其運動軌跡。，無法描述其運動軌跡。無法

24、計算電子在某一刻所在的位置無法計算電子在某一刻所在的位置，只能確定，只能確定它出現(xiàn)在原子核外空間各處的它出現(xiàn)在原子核外空間各處的概率概率（即在核外空（即在核外空間某處出現(xiàn)機(jī)會的多少間某處出現(xiàn)機(jī)會的多少) )測不準(zhǔn)原理測不準(zhǔn)原理( (海森堡海森堡) )電子云與原子軌道電子云與原子軌道運用統(tǒng)計學(xué)的方法研究核外電子的運動運用統(tǒng)計學(xué)的方法研究核外電子的運動1 1、圖中的一個小黑點是表示一個電子嗎？、圖中的一個小黑點是表示一個電子嗎？一個小黑點表示電子在這里出現(xiàn)過一次一個小黑點表示電子在這里出現(xiàn)過一次2 2、小黑點的、小黑點的疏密代表：疏密代表：小黑點的疏密表示電子在核外空間單位體積內(nèi)小黑點的疏密表示電

25、子在核外空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率出現(xiàn)的概率（概率密度）（概率密度）的大小。的大小。電子在原子核外一定空間范電子在原子核外一定空間范圍內(nèi)出現(xiàn)的概率統(tǒng)計起來，圍內(nèi)出現(xiàn)的概率統(tǒng)計起來，好似在原子核外籠罩著一團(tuán)好似在原子核外籠罩著一團(tuán)帶負(fù)電的云霧，帶負(fù)電的云霧，形象稱為形象稱為“電子云電子云”電子出現(xiàn)的概率分布圖電子出現(xiàn)的概率分布圖電子云實際存在嗎？電子云實際存在嗎？思考？思考？ 電子云電子云只是形象地表示只是形象地表示 電子出現(xiàn)在各點電子出現(xiàn)在各點的的概率密度分布的概率密度分布的高低高低, ,而實際上并不存在。而實際上并不存在。電子云與原子軌道電子云與原子軌道電子云形狀電子云形狀s s電子云呈球形，

26、在半徑相同的球面上，電子云呈球形，在半徑相同的球面上，電子出現(xiàn)的機(jī)會相同；電子出現(xiàn)的機(jī)會相同；p p電子云呈紡錘形電子云呈紡錘形( (或無柄亞鈴形或無柄亞鈴形) )；d d電子云是花瓣形；電子云是花瓣形；f f電子云更為復(fù)雜電子云更為復(fù)雜電子云輪廓圖的制作常把電子出現(xiàn)的概率約為常把電子出現(xiàn)的概率約為90%90%的空間圈出來，人的空間圈出來，人們把這種電子云輪廓圖稱為們把這種電子云輪廓圖稱為原子軌道原子軌道。電子云與原子軌道電子云與原子軌道原子軌道圖原子軌道圖s s軌道軌道( ( l =0, m=0 ) : =0, m=0 ) : 球形球形m m一一種取種取值值, , 空空間一種取間一種取向向, , 一一個個s s 軌道軌道. . 能層序數(shù)越大原子軌道的半徑能層序數(shù)越大原