原子結(jié)構(gòu)與元素周期系.ppt

1、第四章結(jié)構(gòu)化學(xué)，第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)和元素同步律，H=E，1 .原子結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況，1.Dalton原子論各化學(xué)元素的最小單位是原子，同一元素的原子質(zhì)量相同，不同的元素由不同的原子組成，原子質(zhì)量也不同的原子是不可分割的。 達(dá)爾頓(英) 17661844、1897年湯姆森(Thomson，18561940 )在陰極射線上發(fā)現(xiàn)了電子的存在。 電子被認(rèn)為是在帶正電荷的球體內(nèi)。 2 .湯姆森的西瓜原子模型考察了粒子在金箔上的散射。 發(fā)現(xiàn)大部分粒子沒有偏轉(zhuǎn)；部分粒子偏轉(zhuǎn)。 1911年英國科學(xué)家盧瑟福(Rutherford，D. 1749-1819 )進(jìn)行了萩名粒子散射實驗，結(jié)論原子中的正電荷集中在小核上，其侑

2、大部分是空的。 3 .盧瑟福原子的有核模型，以白光為光源，連續(xù)光譜：包括一定范圍內(nèi)所有不同波長的光譜。 氫原子光譜，4 .極原子模型，(1)1900年，普朗克量子論：輻射能的吸收和釋放是不連續(xù)的(量子化)，以最小單位或最小單位的整數(shù)倍吸收或釋放，這稱為能量的量子化。 能量的最小單位叫能量子，簡稱量子。 作為光或輻射源傳輸?shù)哪芰孔铀哂械哪芰颗c輻射的頻率成比例： h6.62610-34Js，稱為普朗克常數(shù)。 (2)1905年，愛因斯坦的光子學(xué)說：光不僅有波，還有粒子性。 極原子模型的要點(diǎn)：1 .核外電子只能在穩(wěn)定軌道上運(yùn)動，不吸收能量或放射能量。 電子運(yùn)動軌道是以核為中心的不同半徑的同心圓2 .

3、不同的穩(wěn)態(tài)軌道能量不同且不連續(xù)的原子軌道的不同能量狀態(tài)稱為能級3 .電子可以在不同的穩(wěn)態(tài)軌道之間遷移，在此過程中可以吸收一定的輻射能量或作為光放出能量發(fā)射或吸收的能量可以是正好兩個軌道的能量差=E/h=(E2-E1)/h、氫原子光譜、n=1、n=2、n=5、n=6， n=4的限制：1.不能解釋多電子原子系統(tǒng)2 .不偏離古典力學(xué)框架人為地規(guī)定電子只能在遵循量子化條件的穩(wěn)態(tài)軌道上運(yùn)動，但實際上電子并非遵循古典力學(xué)理論，而是遵循微觀粒子特有的規(guī)律性。 微觀粒子的運(yùn)動特征：1.量化特征“量化”是指在微觀粒子的運(yùn)動及運(yùn)動過程中能量的變化不連續(xù)，以某個最小量單位呈現(xiàn)飛躍性的變化。 例如，原子光譜是單獨(dú)的線

4、性光譜而不是連續(xù)光譜這一事實。 2 .波粒二象性，1924年德布里(de Broglie )受光具有波粒二象性的啟發(fā)，提出分子、原子、電子等微粒子也具有波粒二象性。 20世紀(jì)初，愛因斯坦的光子理論描述了光具有波粒二象性。 對于質(zhì)量以m、速度v運(yùn)動的微粒子，不僅具有動量(粒子的特征)，還具有相應(yīng)的波長(波動的特征)。 兩者之間的相互關(guān)系，這就是萩名的直布羅陀依存關(guān)系式，是聯(lián)結(jié)物質(zhì)微粒子的波粒二象性的關(guān)系式。 式中，稱為物質(zhì)波的波長或直布羅陀波長。 可以根據(jù)直布羅陀的關(guān)系式求出電子的波長。 例如，以一定速度運(yùn)動的電子，其直布羅陀波的波長相當(dāng)于分子尺寸的量級。 因此，當(dāng)一條電子流通過晶體時，應(yīng)該觀察

5、到由電子的波動性引起的衍射現(xiàn)象。 電子衍射圖像，這個推定是1927年大衛(wèi)生和杰莫通過電子衍射實驗證實的。 X-rays、Electron、2種衍射圖形相似，電子的波長接近x射線，因此不可測量原理(不可測量關(guān)系) (1927年，海森堡)的內(nèi)容：微粒子在指定時刻的空間位置和運(yùn)動量不可能同時確定。xp h/2 x h/2m h是普朗克常數(shù)：6.62610-34 x和p分別是位置不確定量和運(yùn)動量不確定量，相對于宏觀物體m=10 g x=0.1mm，從x h/2m得到=h/(2mx)10-的電子m=9.1110-31 Kg，其大小位置的正確精度x=10-11 m從x h/2m得到h/(2m x)=6 1

6、06 m.s-1，這是電子自身的速度(。 微粒運(yùn)動規(guī)律的統(tǒng)一解釋微粒的波動性是大量粒子運(yùn)動(或一個粒子的千萬次運(yùn)動)表現(xiàn)的性質(zhì)，即物質(zhì)的運(yùn)動是具有統(tǒng)一意義的概率波。 原子中電子的運(yùn)動特性可以用“概率波”和“概率密度”來記述。 空間的某個區(qū)域的波的強(qiáng)度(衍射強(qiáng)度)的大小與粒子的出現(xiàn)機(jī)會(概率)的多少成正比。 1 .薛定諤方程1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤(Schrdinger )描述了微觀粒子運(yùn)動規(guī)律的波動方程，即萩名薛定諤方程：二.原子結(jié)構(gòu)(量子力學(xué)模型)，(波塞) -波函數(shù)：非具體數(shù)空間坐標(biāo)x，y，z的函數(shù)。 (x，y，z )。 核外電子在空間中運(yùn)動的狀態(tài)(原子軌道) m :記述粒子的質(zhì)量

7、的e :系統(tǒng)的總能量v :電位m、e、V-表達(dá)微粒性； 表示波動性，二次偏微分方程式，(x，y，z )也可以用球坐標(biāo)(r，)表示。 是、(x、y、z )或(r、z )，x=r單位=r單位，或(x、y、z )。 所獲得的每個波函數(shù)(r，)對應(yīng)于核外電子運(yùn)動的運(yùn)動狀態(tài)，即，穩(wěn)態(tài)，其對應(yīng)的能量為原子軌道能級。 例如，基態(tài)的氫原子的波函數(shù)是：對應(yīng)的基態(tài)1s的能級是-21.810-19J，為了得到電子運(yùn)動狀態(tài)的理解，需要導(dǎo)入幾個殘奧計n、l、m，將它們稱為量子數(shù)(表示微粒子運(yùn)動狀態(tài)的特定數(shù)字)，每個量子數(shù)有其決定的合理的也就是說，有規(guī)定的原子軌道。 1，0，0表示1s原子軌道，1 s 2，1，0表示2p

8、z原子軌道，2pz確定一個電子的動態(tài)需要另一個mS量子數(shù)。 量子數(shù)n的意思：記述電子層能量的高低順序和距核的距離。 可取值： 1 2 3 4 5 6自然數(shù)符號： K L M N O P n=1表示能量最低、最接近核的第一電子層。 n越大，電子離核的平均距離越遠(yuǎn)，能量越高，電子的出現(xiàn)概率越小。 2 )角量子數(shù)l的意思：決定表示同一電子層存在不同層(亞層)的原子軌道的形狀，以多電子原子與主量子數(shù)一起決定原子軌道的能量。 可取值： 0 1 2 3 4 (n1)符號： s p d f g n可取值：121223軌道33601 s3s3p3d4s4d4f，各n值是最大n個不同的角量子數(shù)l，即各電子層中最

9、大有n個亞的l的各值是1個形狀的原子軌道l=0，s軌道， 也可以表示球形，l=1，p軌道，啞鈴形l=2，d軌道，花瓣形，3 )磁量子數(shù)m (同一亞層中多包含一些空間延伸方向不同的原子軌道。意義確定：原子軌道或電子云的空間的延伸方向的值：與l有關(guān)，某l，m是2l 1個值-l 0 l，某m的值是原子軌道，雪定諤方程式，1 )主量子數(shù)n，2 )角量子數(shù)l，3 )磁量子數(shù)可取值： 0 1 2 3 4 . (n1)符號： s p d f g， 可取值：關(guān)于l，一個l，m是2l 1個值-l 0 l，一個m值對應(yīng)于一個原子軌道，如果沒有磁場施加到l-m軌道碼軌道的數(shù)目為0 s1- 1，0，0的2，3 f 7

10、，則同一亞層中的原子軌道能量相等(p軌道為3，d軌道為5 由于外界的強(qiáng)磁場，根據(jù)軌道的空間延伸方向的不同，能量會出現(xiàn)微小的差異。 綜上所述，一組合理的n、l、m可以決定離原子軌道核的距離、形狀、延伸方向。 n=3，l=1，m=03，1，0對應(yīng)于3pz軌道。 思考： n=4，l=0，m=0表示什么軌道？ 4s軌道，4，0，0，4 )自旋量子數(shù)ms電子除了圍繞核運(yùn)動外，還圍繞自身的軸進(jìn)行自旋運(yùn)動。 意義：描述核外電子的自旋狀態(tài)。 可取值：1/2、-1/2； 四個量子數(shù)n、l、m、ms可以決定電子在原子核外的運(yùn)動狀態(tài)。 您可以選擇、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或

11、者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者、或者軌道角動量量子數(shù)l還確定原子軌道的形狀和電子云的形狀3 .磁量子數(shù)m確定原子軌道或電子云的空間取向4 .自旋角動量量子數(shù)ms確定電子運(yùn)動的自旋狀態(tài)。 4個量子數(shù)和各電子層可能存在的電子運(yùn)動狀態(tài)數(shù)列在下表：例題：假設(shè)以下各量子數(shù)，指出其中哪個實際不存在，說明原因。 (1) (3，2，2，1/2 ):(2):(3，0，0，- 1，1/2 ):(3):(2，2，2，2，2 ):(4):(1，0，0，0 ):(5):(2，- 1，0，1/2 ):(6):(2，0，- 2，1/2 ):(3) (5)角量子數(shù)由于不能取負(fù)數(shù)而不存在。 (2)(6)磁量子數(shù)的可取值受角量子數(shù)的制約，所以不存在。 3 .原子軌道的圖形可以利用數(shù)學(xué)的變量分離法將波函數(shù)(r，)分解為兩個獨(dú)立函數(shù)的積： (r，)=R(r).Y (，) (1)R(r )稱為波函數(shù)的R(r )的值只根據(jù)n和l取的值而變化。 (2)將y (，)稱為波函數(shù)的角度部分。 y (，)的值僅根據(jù)l和m的可能值而變化。 (r，)，1 .角度曲線(1)原子軌道的角度曲線波函數(shù)的角度部分y (，)不同，角的對應(yīng)的y值形成空