《原子結(jié)構(gòu)說(shuō)》課件

原子結(jié)構(gòu)說(shuō)探索物質(zhì)的最小構(gòu)成單元揭示物質(zhì)性質(zhì)和變化的奧秘DH投稿人：DingJunHong課程大綱第一部分：原子的發(fā)現(xiàn)原子的定義和歷史道爾頓原子模型湯姆森的"布丁石"模型普拉克的黑體輻射和量子論羅瑟福的"原子核"模型波爾的原子軌道模型第二部分：電子的基本性質(zhì)電子的電荷和質(zhì)量電子的波粒二象性量子力學(xué)的基本原理薛定諤方程及其應(yīng)用第三部分：原子軌道結(jié)構(gòu)量子數(shù)和軌道分類原子軌道的排布規(guī)律1s、2s和2p軌道的特點(diǎn)Pauliexclusion原理第四部分：原子的電子構(gòu)型原子電子構(gòu)型的表示價(jià)電子和內(nèi)層電子電子構(gòu)型與元素性質(zhì)電子云圖的應(yīng)用1.原子的發(fā)現(xiàn)原子是物質(zhì)最小的基本單位，但古希臘人已經(jīng)開始思考物質(zhì)的本質(zhì)。1德謨克利特提出“原子”概念，認(rèn)為物質(zhì)是由不可分割的粒子組成的。2亞里士多德反對(duì)原子理論，認(rèn)為物質(zhì)可以無(wú)限分割。3道爾頓提出原子學(xué)說(shuō)，用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了原子的存在。道爾頓的原子學(xué)說(shuō)奠定了現(xiàn)代化學(xué)的基礎(chǔ)，但當(dāng)時(shí)人們對(duì)原子的結(jié)構(gòu)還一無(wú)所知。湯姆森的"布丁石"模型湯姆森的模型湯姆森是一位英國(guó)物理學(xué)家，在1897年發(fā)現(xiàn)了電子。他提出了原子模型，將原子描述為帶正電的球體，其中均勻分布著帶負(fù)電的電子。布丁石模型該模型將原子比喻為布丁，正電荷像布丁一樣，而電子像布丁中的梅子一樣分散在其中。普朗克的黑體輻射和量子論黑體輻射是物理學(xué)中一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，它描述了物體在不同溫度下輻射能量的規(guī)律。普朗克通過(guò)對(duì)黑體輻射的研究，提出了量子論，認(rèn)為能量不是連續(xù)的，而是以離散的量子形式存在的。量子論的提出徹底改變了人們對(duì)物理世界的理解，它不僅解釋了黑體輻射現(xiàn)象，也為現(xiàn)代物理學(xué)的許多分支奠定了基礎(chǔ)。羅瑟福的"原子核"模型1911年，物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·盧瑟福通過(guò)α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了新的原子模型，即"原子核"模型。實(shí)驗(yàn)表明，大部分α粒子穿過(guò)金箔，少數(shù)α粒子發(fā)生了較大偏轉(zhuǎn)，甚至反彈回來(lái)，說(shuō)明原子內(nèi)部存在一個(gè)帶正電、質(zhì)量集中的核心，即原子核，而電子則圍繞原子核運(yùn)動(dòng)。盧瑟福模型解釋了原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，并為后續(xù)量子力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。然而，該模型無(wú)法解釋原子光譜的規(guī)律。波爾的原子軌道模型波爾的原子模型認(rèn)為電子只能在特定的軌道上運(yùn)動(dòng)，這些軌道被稱為“電子軌道”。每個(gè)電子軌道都具有特定的能量，電子只能在這些能量之間躍遷，不能占據(jù)軌道之間的空間。這個(gè)模型成功地解釋了氫原子的光譜，但無(wú)法解釋更復(fù)雜原子的光譜。2.電子的基本性質(zhì)1電子的電荷和質(zhì)量電子的電荷為負(fù)電荷，質(zhì)量為9.10938356×10-31千克。2電子的波粒二象性電子具有波粒二象性，既表現(xiàn)出波的特性，又表現(xiàn)出粒子的特性。3量子力學(xué)的基本原理量子力學(xué)是描述微觀世界運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論體系，解釋了電子運(yùn)動(dòng)的特性。4薛定諤方程及其應(yīng)用薛定諤方程是量子力學(xué)中的一個(gè)基本方程，可以用來(lái)描述電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。電子是構(gòu)成原子的基本粒子之一，對(duì)原子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)起著至關(guān)重要的作用。電子的電荷和質(zhì)量電子帶負(fù)電，電荷量為-1.602×10-19庫(kù)侖。電子質(zhì)量約為9.109×10-31千克。這是所有已知基本粒子中最小的質(zhì)量之一。電子的波粒二象性11.光波的粒子性光具有波動(dòng)性，表現(xiàn)為衍射和干涉現(xiàn)象。同時(shí)，光也具有粒子性，表現(xiàn)為光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)。22.電子的波動(dòng)性電子束也能夠發(fā)生衍射，例如，電子束通過(guò)晶體時(shí)會(huì)發(fā)生衍射，產(chǎn)生干涉條紋。33.德布羅意假說(shuō)德布羅意假說(shuō)認(rèn)為，一切物質(zhì)都具有波粒二象性，粒子具有波動(dòng)性，波具有粒子性。44.物質(zhì)波物質(zhì)波的概念是量子力學(xué)的重要基礎(chǔ)，它揭示了物質(zhì)世界的波粒二象性。量子力學(xué)的基本原理量子化量子力學(xué)指出能量、動(dòng)量等物理量只能以離散的、量子化的形式存在。波粒二象性物質(zhì)具有波動(dòng)性和粒子性，這取決于觀察方式。不確定性原理無(wú)法同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定一個(gè)粒子的位置和動(dòng)量。疊加態(tài)量子系統(tǒng)可以同時(shí)處于多種狀態(tài)的疊加，直到被測(cè)量才坍縮為一個(gè)確定狀態(tài)。薛定諤方程及其應(yīng)用1薛定諤方程的意義描述原子中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，解釋化學(xué)鍵的形成和物質(zhì)的性質(zhì)。2方程的應(yīng)用計(jì)算原子中電子能級(jí)預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)速率解釋物質(zhì)的光譜性質(zhì)3實(shí)際應(yīng)用半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、激光技術(shù)等領(lǐng)域。3.原子軌道結(jié)構(gòu)量子數(shù)描述原子軌道性質(zhì)的四個(gè)量子數(shù)：主量子數(shù)(n)、角動(dòng)量量子數(shù)(l)、磁量子數(shù)(ml)和自旋量子數(shù)(ms).軌道分類根據(jù)角動(dòng)量量子數(shù)(l)分為s、p、d、f等不同類型的軌道，它們的形狀和能量各不相同。軌道圖原子軌道圖直觀地展示了不同軌道形狀和能量之間的關(guān)系，有助于理解電子在原子中的分布。量子數(shù)和軌道分類主量子數(shù)(n)描述電子能級(jí)，數(shù)值越大，能級(jí)越高。角量子數(shù)(l)描述電子軌道的形狀，取值范圍為0到n-1。磁量子數(shù)(ml)描述電子軌道在空間中的取向，取值范圍為-l到+l。自旋量子數(shù)(ms)描述電子的自旋方向，取值為+1/2或-1/2。原子軌道的排布規(guī)律11.能量最低原理電子首先占據(jù)能量最低的原子軌道，例如1s軌道是能量最低的，所以首先被電子填充。22.洪特規(guī)則在同一能級(jí)的原子軌道中，電子盡可能地單獨(dú)占據(jù)每個(gè)軌道，且自旋方向相同。33.泡利不相容原理在一個(gè)原子中，不可能存在四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子，即每個(gè)原子軌道最多只能容納兩個(gè)電子，并且自旋方向相反。1s、2s和2p軌道的特點(diǎn)1s軌道1s軌道為球形，能量最低，電子密度最高。原子中只有一個(gè)1s軌道，它可以容納兩個(gè)電子，最多可容納兩個(gè)自旋方向相反的電子。2s軌道2s軌道也為球形，但比1s軌道大，能量更高，電子密度更低，且有兩個(gè)球形節(jié)點(diǎn)，表示電子在該區(qū)域出現(xiàn)的概率為零。2s軌道可以容納兩個(gè)電子。2p軌道2p軌道為啞鈴形，能量比2s軌道高，電子密度也更低，且有一個(gè)節(jié)面。2p軌道共有三個(gè)，分別為2px、2py和2pz，它們沿x、y、z軸方向伸展。每個(gè)2p軌道可以容納兩個(gè)電子。泡利不相容原理基本原理泡利不相容原理指出，同一個(gè)原子中，不可能存在兩個(gè)電子具有完全相同的四個(gè)量子數(shù)。應(yīng)用該原理解釋了原子的電子構(gòu)型，影響著元素的化學(xué)性質(zhì)和物質(zhì)的性質(zhì)。4.原子的電子構(gòu)型定義與表示電子構(gòu)型指的是原子中各個(gè)電子在各個(gè)能級(jí)上的排布方式。用符號(hào)表示原子核外電子的排布，如氫原子的電子構(gòu)型為1s1，表示氫原子核外只有一個(gè)電子，它處于1s軌道上。價(jià)電子價(jià)電子是指位于原子核外層電子層上的電子，它們參與化學(xué)反應(yīng)，決定著元素的化學(xué)性質(zhì)。內(nèi)層電子內(nèi)層電子是指位于原子核外層電子層之內(nèi)的電子，它們相對(duì)穩(wěn)定，一般不參與化學(xué)反應(yīng)。電子構(gòu)型與元素性質(zhì)原子電子構(gòu)型決定著元素的化學(xué)性質(zhì)，如元素的周期性和元素的族性質(zhì)。例如，同周期元素的最外層電子數(shù)相同，具有相似的化學(xué)性質(zhì)，如第一周期中的氫和氦。原子電子構(gòu)型的表示電子排布式電子排布式用數(shù)字和字母符號(hào)表示每個(gè)能級(jí)上的電子數(shù)，例如，1s22s22p6表示氦原子的電子排布。軌道圖軌道圖用圓圈或方框表示原子軌道，用箭頭表示電子自旋方向，箭頭向上表示自旋向上，箭頭向下表示自旋向下，例如，氫原子的軌道圖是1s↑。電子層結(jié)構(gòu)示意圖電子層結(jié)構(gòu)示意圖用圓圈表示原子核，用圓圈外的點(diǎn)表示電子，每個(gè)圓圈代表一個(gè)電子層，電子層數(shù)即主量子數(shù)，例如，鋰原子的電子層結(jié)構(gòu)示意圖是K層（2個(gè)電子）L層（1個(gè)電子）。價(jià)電子和內(nèi)層電子價(jià)電子最外層電子，參與化學(xué)反應(yīng)內(nèi)層電子原子核內(nèi)層電子，通常不參與化學(xué)反應(yīng)電子構(gòu)型與元素性質(zhì)元素周期律電子構(gòu)型影響元素的化學(xué)性質(zhì)，解釋了元素周期律。周期表中，同一族的元素具有相同的價(jià)電子構(gòu)型，導(dǎo)致它們擁有相似的化學(xué)性質(zhì)?；瘜W(xué)反應(yīng)性原子最外層的電子（價(jià)電子）決定了元素的化學(xué)反應(yīng)性。價(jià)電子易于參與化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，影響元素的氧化態(tài)和化學(xué)反應(yīng)的類型。電子云圖的應(yīng)用電子云圖可以幫助我們更好地理解原子中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并預(yù)測(cè)化學(xué)鍵的形成和物質(zhì)性質(zhì)。通過(guò)電子云圖，我們可以直觀地看到電子在原子核周圍的分布情況，以及它們?cè)诓煌芗?jí)上的概率密度。例如，我們可以利用電子云圖來(lái)解釋原子的化學(xué)性質(zhì)，例如，為什么鈉是活潑金屬，而氯氣是活潑非金屬。我們還可以通過(guò)電子云圖來(lái)預(yù)測(cè)分子的形狀和極性，以及反應(yīng)的活性和方向。結(jié)語(yǔ)及思考題回顧與總結(jié)我們