九原子结构和元素周期律课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《九原子结构和元素周期律课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 原子结构 元素周期律 课件
- 资源描述:
-
1、第九章 原子结构和元素周期律Atomic Structure and Periodic Properties of Elements内容提要氢原子的结构n氢光谱和氢原子的Bohr模型n电子的波粒二象性n测不准原理n氢原子的波函数n量子数和原子轨道n量子数n原子轨道的图形n原子轨道的径向分布内容提要n电子组态和元素周期表n多电子原子的能级n原子的电子组态n元素周期表n元素性质的周期性变化规律n有效核电荷n原子半径n元素的电负性n元素和人体健康 教学基本要求了解Bohr的原子结构理论 了解波粒二象性、熟悉波函数和概率密度掌握4个量子数;熟悉原子轨道的角度分布图、径向分布函数图的意义和特征熟悉近似能
2、级;掌握Paili不相容原理、能量最低原理、Hund规则和电子组态掌握电子组态与元素周期表的关系熟悉原子半径、电负性的变化规律了解元素和健康的关系第一节 氢原子的结构n氢光谱和氢原子的玻尔模型nRutherford的原子有核模型(nuclear model)第一节 氢原子的结构n氢光谱和氢原子的玻尔模型n氢原子的线状光谱(line spectrum)白光散射时,观察到可见光区的连续光谱,但H原子受激发射所得光谱却是不连续的线状光谱,可见光区有四条谱线。第一节 氢原子的结构n氢光谱和氢原子的玻尔模型nBalmer关系式2221H111nnhcR式中,是波长,;n为正整数,且n2大于n1。J100
3、97.17HhcR第一节 氢原子的结构n氢光谱和氢原子的玻尔模型nBohr 的氢原子模型n电子沿固定轨道绕核运动,不吸收也不辐射能量,称为定态。轨道能量称为能级。RH=2.1810-18 J;主量子数n=1,2,3,。n=1时能量最低,为基态,其它能量较高的状态都称为激发态。2HnRE第一节 氢原子的结构n氢光谱和氢原子的玻尔模型nBohr 的氢原子模型当电子的能量由一个能级改变到另一个能级,称为跃迁。跃迁所吸收或辐射光子的能量等于跃迁前后能级的能量差:E=h=E后 E前 普朗克常量 h=6.62610-34 Js,是光子频率。第一节 氢原子的结构n氢光谱和氢原子的玻尔模型nBohr 的氢原子
4、模型Bohr运用量子化观点,成功地解释了氢原子的稳定性和不连续光谱。但未能冲破经典物理学的束缚,不能解释多电子原子光谱,甚至不能说明氢原子光谱的精细结构。Bohr理论属于旧量子论。电子等微观粒子的运动不遵守经典物理学规律,必须用量子力学方法来描述。第一节 氢原子的结构n电子的波粒二象性n光子既有波动性又有粒子性,称为波粒二象性(particle-wave duality)。光作为电磁波,有波长或频率,能量E=n h光子作为粒子,又有动量p=mc运用Einstein方程式E=mc2及=c/,得到=h/mc第一节 氢原子的结构n电子的波粒二象性nde Broglie关系式(de Broglie r
5、elation)法国物理学家de Broglie 类比光的波粒二象性关系式,导出微观粒子如电子、原子等,具有波动性的关系式 p为粒子的动量,m为质量,v为速度;为粒子波波长。微观粒子的波动性和粒子性通过普朗克常量h联系和统一起来。mvhph第一节 氢原子的结构n电子的波粒二象性nDavisson和Germer实验 n 1927年美国物理学家Davisson C和Germer L用电子束代替X射线,用镍晶体薄层作为光栅进行衍射实验,得到与X射线衍射类似的图像,证实了电子的波动性。第一节 氢原子的结构n电子的波粒二象性n电子波是概率波(probability wave)电子波是统计性的。让电子穿越
6、晶体,每次到达底片的位置是随机的,多次重复以后,底片某个位置上电子到达的概率就显现出来。第一节 氢原子的结构例电子质量m=9.110-31kg,在1V电压下的速度为5.9105 ms-1,h=6.62610-34 Js,电子波的波长是多少?质量1.010-8kg的沙粒以1.010-2 ms-1速度运动,波长是多少?解 h=6.62610-34kgm2s-1;根据德布罗意关系式 观物体质量大,波长小,难以察觉,仅表现粒子性。微观粒子的德布罗意波长不可忽略。pm2001m1012sm105.9kg109.1smkg10626.6101-531-1234mvhm106.6sm101.0kg101.0
7、smkg10626.6241-2-8-1234第一节 氢原子的结构n测不准原理(uncertainty principle)Heisenberg指出,无法同时确定微观粒子的位置和动量:xpxh/4 x为粒子在x方向的位置误差,px为动量在x方向的误差。由于h是极小的量,所以x越小,px越大,反之亦然。测不准原理是粒子波动性的结果,意味着微观粒子运动不存在既确定位置又有确定速度的运动轨迹。第一节 氢原子的结构例电子在原子核附近运动的速度约6106 ms-1,原子半径约10-10 m。若速度误差为1%,电子的位置误差x有多大?解v=6106 ms-10.01=6104 ms-1,h=6.62610
8、-34kgm2s-1;根据测不准原理:即原子中电子的位置误差比原子半径大10倍,电子在原子中勿精确的位置可言。m101m106kg109.14smkg10626.6494-31-1234vmhx第一节 氢原子的结构n氢原子的波函数 n波函数(wave function)原子中电子具有波动性,奥地利物理学家Schrdinger导出Schrdinger方程,方程的解是波函数,用来描述电子的运动状态。n的意义 本身物理意义并不明确,但2却有明确的物理意义。表示在原子核外空间某点处电子出现的概率密度(probability density),即在该点处单位体积中电子出现的概率。第一节 氢原子的结构n氢
9、原子的波函数 n电子云(electron cloud)图形a是基态氢原子2的立体图,b是剖面图。黑色深的地方概率密度大,浅的地方概率密度小。概率密度的几何图形俗称电子云。ab第一节 氢原子的结构n氢原子的波函数 n原子轨道(atomic orbital)描述原子中单个电子运动状态的波函数常称作原子轨道。原子轨道仅仅是波函数的代名词,绝无经典力学中的轨道含义。严格地说原子轨道在空间是无限扩展的,但一般把电子出现概率在99%的空间区域的界面作为原子轨道的大小。第一节 氢原子的结构n要点 电子具有波粒二象性,电子波是概率波。电子等微观粒子遵守测不准原理。原子中电子运动状态体现为在核外空间出现的概率。
10、电子的运动状态用波函数描述。波函数2表示电子的概率密度。每一对应一确定的能量值,称为定态。电子的能量具有量子化的特征,是不连续的。基态时能量最小,比基态能量高的是激发态。第二节 量子数和原子轨道 n量子数合理的波函数必须满足一些整数条件,否则将为零,2也为零,即空间没有电子出现。这些整数是n、l、m,称为量子数(quantum number)。n、l 和 m 这三个量子数的取值一定时,就确定了一个原子轨道,即波函数n,l,m。第二节 量子数和原子轨道 n量子数n主量子数(principal quantum number)符号 n,可以取任意正整数值,即n=1,2,3,它是决定电子能量的主要因素
11、。氢原子只有一个电子,能量只由n决定 多电子原子存在静电排斥,能量还取决于 l。2HnnRE第二节 量子数和原子轨道 n量子数n主量子数(principal quantum number)n 还决定电子离核的平均距离,或者说原子轨道的大小,n 也称为电子层(shell)。n 愈大,电子离核距离愈远,原子轨道也愈大。电子层用下列符号表示:电子层n1234符号KLMN 第二节 量子数和原子轨道 n量子数n轨道角动量量子数(orbital angular momentum quantum number)符号 l,它只能取小于 n 的正整数和零l=0、1、2、3 (n 1),共可取n个值它决定原子轨道
12、的形状(n 种)。第二节 量子数和原子轨道 n量子数n轨道角动量量子数(orbital angular momentum quantum number)在多电子原子中 l 还和 n共同决定电子能量高低。当 n 给定,l 愈大,原子轨道能量越高。l称为能级或电子亚层(subshell 或sublevel)。电子亚层用下列符号表示:能级符号spdfl0123第二节 量子数和原子轨道 n量子数n磁量子数(magnetic quantum number)符号 m,可以取 l 到+l 的 2l+1个值,即m=0、1、2,l它决定原子轨道的空间取向。L 亚层共有 2l+1个不同空间伸展方向的原子轨道。例如
13、 l=1时,m=0、1,p轨道有三种取向,或 l 亚层有3个p轨道。相同能级的轨道能量相等,称为简并轨道或等价轨道(equivalent orbital)。第二节 量子数和原子轨道 n量子数n自旋角动量量子数(spin angular momentum quantum number)符号 s,取+1/2和-1/2两个值,表示电子自旋的两种相反方向,也可用箭头符号和表示。两个电子自旋方向相同称为平行自旋,方向相反称反平行自旋。原子轨道由 n、l 和 m 决定,电子运动状态由 n、l、m、s 确定。一个原子轨道最多容纳两个自旋相反的电子,每电子层最多容纳的电子总数应为2n2。第二节 量子数和原子轨
14、道 n量子数量子数组合和原子轨道数主量子数n轨道角动量量子数l磁量子数m波函数同层轨道数(n2)容纳电子数(2n2)1001s122002s481012pz 2px 2py第二节 量子数和原子轨道 n量子数量子数组合和原子轨道数主量子数n轨道角动量量子数l磁量子数m波函数同层轨道数(n2)容纳电子数(2n2)3003s9181013pz 3px 3py20123dz2 3dxz 3dyz3dxy 3dx2-y2第一节 氢原子的结构例(1)n=3的原子轨道可有哪些轨道角动量量子数和磁 量子数?该电子层有多少原子轨道?(2)Na原子的最外层电子处于3s亚层,试用n、l、m、s 量子数来描述它的运动
15、状态。解(1)当 n=3,l=0,1,2;当 l=0,m=0;当 l=1,m=-1,0,+1;当 l=2,l=-2,-1,0,+1,+2;共有9个原子轨道。(2)3s亚层的n=3、l=0、m=0,电子的运动状态可表 示为3,0,0,+1/2(或-1/2)。第二节 量子数和原子轨道 n原子轨道的角度分布 n径向波函数(radial wave function)和角度波函数(angular wave function)波函数n,l,m(r,)有三个自变量r、,写成函数R n,l(r)和Yl,m(,)的积:n,l,m(r,)=Rn,l(r)Yl,m(,)Rn,l(r)称为径向波函数,它是电子与核的距
16、离r的函数,与n和l有关。Yl,m(,)称为角度波函数,它是方位角和的函数,与l和m有关,表达电子在核外空间的取向。第二节 量子数和原子轨道 n原子轨道的角度分布 n角度分布图:角度波函数的图形,描绘Yl,m(,)值随方位角改变而变化的情况。氢原子的一些波函数 轨道R n,l(r)Y l,m(,)能量/J 1sA1e-Br1/4-2.1810-182sA2(2-Br)e-Br/21/4-2.1810-18/222pz2px2pyA3re-Br/23/4cos3/4sincos3/4sinsin第二节 量子数和原子轨道 n原子轨道的角度分布 ns轨道的角度波函数是常数。离原子核(原点)距离相同的
17、点函数值处处相等(a),这些点形成球面,球面所在球体就是s轨道图形(b)。概率密度的角度部分Y2l,m图形也是一个球形(c)。abc第二节 量子数和原子轨道 n原子轨道的角度分布 np轨道的角度波函数的值随和的改变而改变,如pz,Ypz=3/4cos。据cos值绘出双波瓣图形。每波瓣为一球体,沿z轴伸展。在xy平面上下,波函数值相反,平面上为零,此平面称为节面。0306090120150180cos10.8660.50-0.5-0.866-1第二节 量子数和原子轨道 n原子轨道的角度分布 n右图a是三个p轨道的角度分布图,b是电子云的角度部分。电子云图形比相应的角度波函数图形瘦;电子云图形两个
18、波瓣不再有代数符号的区别。ab第二节 量子数和原子轨道 nd轨道有两个节面,橄榄形波瓣。dz2负波瓣呈环,但和其它d轨道等价。dxy、dxz和dyz波瓣在45o坐标轴夹角伸展,dx2-y2和dz2在坐标轴上伸展。共轴线的波瓣代数符号相同。电子云图形相应比较瘦且没有符号的区别。第二节 量子数和原子轨道 n原子轨道的径向分布 nR2n,l(r)图原子轨道的电子云的径向分布图能表现电子离核的远近。1s轨道的R21s(r)对r图如右。离核越近,1s电子出现的概率密度越大。?在原子核处概率密度将达最大值,岂不是电子最可能出现在原子核上?注意概率密度和概率有区别。第二节 量子数和原子轨道 n原子轨道的径向
展开阅读全文