07-原子结构和元素周期表（课件）- 《无机化学》同步教学（华中科大版）

第八章 原子结构和元素周期表 1 2.熟悉 波函数、概率密度、电子云、电子云的角度分布图、径向分布函数图；元素性质的周期性变化规律。 3.了解 核外电子运动的量子力学概念。 4个量子数的物理意义及取值；原子轨道的角度分布图；多电子基态原子核外电子排布规律和电子组态；元素在元素周期表中的位置与原子电子组态的关系。 1.掌握 章节目标 英国物理学家卢瑟福（E.Rutherford）通过α粒子（带正电的氦离子流）穿过金箔时，部分α粒子发生散射的实验证明，原子内存在一个小而重的、带正电荷的微小空间（后来称为“原子核”）。1911年卢瑟福提出了“行星系式”原子模型：原子中的正电荷和质量主要集中在原子中的原子核上，质量很小的电子像行星绕着太阳那样绕核运动。 第一节 核外电子运动的特征 一、量子化特征 α粒子—(带正电的氦离子)散射试验 穿过——原子内部有很大的空隙 散射——原子内部有一个带正电的核 绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了较大的偏转，并有极少数α粒子的偏转超过90°，有的甚至几乎达到180°而被反弹回来 4 根据经典电力学,带负电的电子围绕原子核高速运动时，应当不断地以电磁波的形式放出能量，由于放出的能量是连续的，因而原子发射电磁波的频率是连续的.原子的发射光谱是连续光谱。 Question 为什么实验事实并非如此呢？ 原子就不复存在 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 5 紫 蓝 青 红 410 434 486 656nm 白光散射时可观察到可见光区的连续光谱， 但原子受激发后发射所得光谱却是不连续的线状光谱。 例如氢原子的发射光谱在可见光区有四条谱线。 （一）原子光谱 （二）玻尔氢原子模型 1. 定态假设：核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动。电子在这些轨道上运动时不辐射能量也不吸收能量。电子处于一种“定态”。能量最低的定态称为基态。从外界获得能量时，处于基态的电子可以跃迁到离核较远、能量较高的轨道上（n = 2，3，……），这些状态称为激发态。 即不辐射也不吸收能量 2. 频率假设：当原子从外界获得能量时，电子可以跃迁到离核 较远的轨道上去，即电子被激发到较高能量的轨道上， 这时原子处于激发态。处于激发态的电子不稳定， 可跃迁到离核较近的轨道上，同时释放出光能。 光的频率取决于离核较远轨道的能量与离核较近轨道的能量之差： 量子化条件假设：电子不是在任意轨道上绕核运动，而是在一些符合一定条件的轨道上运动。电子运动的角动量p（p＝mvr），必须等于h/2π的整数倍，即 p=mvr＝nh/2π（n＝1，2，3…） 上式被称为玻尔的量子化条件。这些符合量子化条件的轨道称为稳定轨道，它具有固定的能量E。 玻尔理论成功地阐释了原子的稳定性、氢原子光谱的产生和不连续性。玻尔模型求出的氢原子光谱中各条谱线的波长与实验基本吻合。玻尔理论揭示了微观体系物质运动的一个基本特征——物理量的量子化。玻尔理论在经典理论向量子理论的过渡中起着承前启后的重要作用。 玻尔模型未能冲破经典牛顿力学的束缚，因此不能解释多电子原子光谱，也不能说明氢原子光谱的精细结构。玻尔理论属于旧量子论，只是在经典物理学基础上加上了人为的量子化假设，必将被彻底的量子力学理论所代替。 光电效应 电子的实物反射、光电效应，证明了电子运动时应具有粒子性。 二、波粒二象性 11 法国物理学家德布罗意在光的波粒二象性启发下，于1924年大胆假设微观粒子的波粒二象性是一种具有普遍意义的现象。认为所有微观粒子，如电子、原子等实物粒子也具有波粒二象性，并预言高速运动的微观粒子（如电子等）其波长为： 这种波称为物质波。 电子衍射实验—德布罗意假设的实验验证 1925年，戴维逊和革末第一次得到了电子在单晶体中衍射的现象(Ni氧化，单晶)，1927年他们又精确地进行了这个实验，实验发现，从衍射数据中求得的电子的物质波波长与从德布罗意关系式中计算出的波长一致。 Clinton Joseph Davisson(1881-1958) & Lester Halbert Germer (1896-1971) 汤姆逊1927年使用快电子通过金属箔得到电子衍射图，计算出的结果也与从德布罗意关系式中计算出的波长一致。加磁场衍射条纹偏移，证明是电子衍射的结果，而不是x射线造成的衍射。 戴维逊和汤姆逊1937年Nobel物理奖 George Paget Tho