文档介绍：原子结构和元素周期律
§ 多电子原子核外电子的运动状态与周期律
§ 原子结构理论的发展概述
§ 原子的量子力学模型
§ 元素的性质与原子结构的关系
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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。
第一章原子结构和元素周期律
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一、含核的原子模型
§ 原子结构理论的发展概述
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
(二)玻尔氢原子理论(1913 )
原子结构理论的几点假设:
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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
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。
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:
n称为量子数(quantum number),其值可取1,2,3…等任何正整数。B为常数,其值等于 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。其频率可由两个轨道的能量差E决定:E2- E1 = E = h
h为普朗克常量,1034Js。
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优点:
(三)对玻尔理论的评价
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:
(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。
(3)未考虑其运动的波动性,采用了宏观轨道的概念。
(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。
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稳定轨道
(四)几个基本概念
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
能级——具有不连续能量的状态。
稳定轨道上运动的电子,不吸收能量,也不发射能量
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。
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一、微观粒子的运动特征
§ 原子的量子力学模型
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(1018个电子的电量)
在微观领域里,一个微观粒子如果是一个离子,所带电荷只有一个或几个电子,从而离子所带电荷的变化,如A- A2- A3-,就不能认为是连续变化的,而是跳跃式的变化。
从宏观上Q Q+dQ可以认为是连续变化的。
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波粒二象性:与光子一样,电子、质子、中子、原子和分子等微观粒子都具有波动和粒子两重性质。
2. 波粒二象性
德布罗依波或物质波:实物微粒除具有粒子性外,还具有波的性质,这种波称为~(matter wave)。
德布罗依预言高速运动电子的波长为:
m——电子的质量;——电子运动的速率,h——普朗克常量。
波动性的实验证明
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概率密度:单位体积的概率。
3、微观粒子运动的统计性
在空间某一点波的强度和粒子出现的概率密度成正比。
衍射实验:
用强度很弱的电子流,即让电子一个一个地通过晶体到达底片时,底片上就会出现一个一个显示电子微粒性的斑点,如图(a),但斑点的位置无法预言,似乎是毫无规则地分散在底片上。
若时间足够长,斑点最后会形成和强电子流所得的衍射图案一样,显示了电子的波动性,如图(b)示。
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对大量粒子行为而言,衍射强度大的地方,出现粒子的数目就多,强度小的地方出现粒子数目就少;
对一个粒子的行为而言,通过晶体后粒子所到达的地方是不能预测的,但衍射强度大的