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原子结构和元素周期律 §2.1 原子结构理论的发展概述 §2.2 原子的量子力学模型 §2.3 多电子原子核外电子的运动状态与周期律 §2.4 元素的性质与原子结构的关系 1 第一章 原子结构和元素周期律 本章要求 1、了解近代微观粒子结构的初步概念;了解微观粒子的波粒二象 性、能量量子化和统计解释。 2、了解波函数、原子轨道、电子云、能级的基本概念。 3、掌握n,l,m,ms四个量子数及其物理意义;理解s,p,d原子轨 道和电子云角度分布图的特征。 4、理解原子轨道的能级组,屏蔽效应理论及有效核电荷的计算。 5、掌握核外电子的分布原则及电子分布式的书写,元素周期律和 周期表,元素性质与原子结构的关系;理解原子半径、镧系收缩、 元素的电离能、电子亲和能、电负性、氧化数、金属性和非金属性 的概念及其周期变化规律。 2 §2.1 原子结构理论的发展概述 一、含核的原子模型 ?古中国和古希腊的物质结构学说; ?道尔顿 的原子学说( 1808 ):原子不可分; ?卢瑟福的含核原子模型( 1911 )。 二、玻尔的原子模型 (一)氢原子光谱 玻尔氢原子理论(1913 ) (二)玻尔氢原子理论 ?原子结构理论的几点假设: 原子结构理论的几点 3 1、在原子中,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(从量子论导出的条件)的轨道上运动。 稳定轨道(stable orbital)具有固定的能量,沿此轨道运动的电 子,称为处在定态的电子,它不吸收能量,也不发射能量 2、电子在不同轨道上运动时具有不同的能量,通常把这些具有不 连续能量的状态称为能级(energy level)。 玻尔氢原子能级为: 玻尔氢原子能级为: B E=? 2 n n称为量子数(quantum number n quantum number),其值可取1,2,3…等任何 1 2 3… 正整数。B为常数,其值等于 2.18×10-18J。 3、当电子从某一轨道跃迁到另一轨道时,有能量的吸收或放出。 其频率ν 可由两个轨道的能量差?E决定:E2- E1 = ?E = hν h为普朗克常量,其数值为6.62618×1034J?s。 4 (三)对玻尔理论的评价 优点: ?优点: 首先引入量子化的概念,解释了氢原子光谱为不连续光谱。 ?不足: 不足: (1)未能完全冲破经典力学连续概念,只是勉强加进了一些人 为的量子化条件和假定。 (2)不能解释多电子原子(核外电子数大于1的原子)、分子 或固体的光谱。亦不能解释氢光谱的每条谱线实际上还可分裂为两 条谱线的现象。 (3)未考虑其运动的波动性,采用了宏观轨道的概念。 5 (四)几个基本概念 ?稳定轨道 在原子中一些符合一定条件(从量子论导出的条件) 的轨道。 稳定轨道的特点——具有固定的能量。 ?定态电子 稳定轨道上运动的电子,不吸收能量,也不发射能量 ?能级——具有不连续能量的状态。 ?基态—— 轨道离核最近,能量最低,这时的能量状态。 ? 激发态——除基态以外的任何能级状态。 6 §2.2 原子的量子力学模型 一、微观粒子的运动特征 1. 量子性 ?量子:如果某一物理量的变化是不连续的,而是以某一最小单位 量子: 作跳跃式的增减,这一物理量就是量子化的,其最小单位就称这一 物理量的量子(quantum)。 如物体所带的电荷量从Q增加到Q+dQ,Q>>dQ,但dQ所包含的 电子个数却是很大的(例如1库仑的电荷量为6.24×1018个电子的电量) 从宏观上Q → Q+dQ可以认为是连续变化的。 在微观

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