原子結(jié)構(gòu)與周期系-課件

原子結(jié)構(gòu)與周期系1PPT課件原子結(jié)構(gòu)與周期系1PPT課件1原子結(jié)構(gòu)模型的演變1803年，道爾頓原子模型1904年，湯姆孫原子模型＋－＋＋－－－＋1911年，盧瑟福原子模型1913年，波爾原子模型1927～1935年，電子云模型2PPT課件原子結(jié)構(gòu)模型的演變1803年，道爾頓原子模型1904年，湯姆2精品資料精品資料3你怎么稱(chēng)呼老師？如果老師最后沒(méi)有總結(jié)一節(jié)課的重點(diǎn)的難點(diǎn)，你是否會(huì)認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽(yáng)曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒(méi)有學(xué)問(wèn)無(wú)顏見(jiàn)爹娘……”“太陽(yáng)當(dāng)空照，花兒對(duì)我笑，小鳥(niǎo)說(shuō)早早早……”原子結(jié)構(gòu)與周期系--ppt課件4第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)的特征一、量子化特征二、波粒二象性

輻射能的吸收和發(fā)射是以基本量的一小份、一小份整數(shù)倍作跳躍式的增或減，是不連續(xù)的，這種過(guò)程叫做能量的量子化。這個(gè)基本量的輻射能叫做量子。

電子的運(yùn)動(dòng)和光一樣具有波動(dòng)性和粒子性，即波粒二象性。5PPT課件第一節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)的特征一、量子化特征二、波粒二象性5氫原子光譜

原子被激發(fā)能發(fā)出不同波長(zhǎng)的光線(xiàn)，通過(guò)棱鏡后，可以得到一系列按照波長(zhǎng)順序排列的不連續(xù)的清晰亮線(xiàn)，這樣的光譜叫做線(xiàn)狀光譜或原子發(fā)射光譜。太陽(yáng)光——連續(xù)光譜——波長(zhǎng)（頻率）連續(xù)——不具有量子化特征6PPT課件氫原子光譜原子被激發(fā)能發(fā)出不同波長(zhǎng)的光線(xiàn)，通6Hδ410.2Hγ434.0Hβ486.1Hα656.3氫原子光譜可以證明這樣一個(gè)事實(shí)：原子中電子運(yùn)動(dòng)的能量是不連續(xù)的，是量子化的。

7PPT課件Hδ410.2Hγ434.0Hβ486.1Hα656.3氫原7波爾原子模型核外電子在固定軌道上運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定軌道必須符合量子化條件電子處于激發(fā)態(tài)時(shí)不穩(wěn)定，可躍遷到離核較近能級(jí)較低的軌道上放出能量定態(tài)：基態(tài)、激發(fā)態(tài)Bohr1885年生于丹麥1922年獲Nober獎(jiǎng)8PPT課件波爾原子模型核外電子在固定軌道上運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定軌道必須符合量子化條8波爾原子模型成功之處和缺陷說(shuō)明了激發(fā)態(tài)原子發(fā)光的原因解釋了氫原子光譜和類(lèi)氫原子光譜的規(guī)律性指出了原子結(jié)構(gòu)量子化特性，提出了量子數(shù)n的概念不能解釋多電子原子、分子或固體的光譜不能解釋氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)9PPT課件波爾原子模型成功之處和缺陷說(shuō)明了激發(fā)態(tài)原子發(fā)光的原因解釋了氫9生于1892年，物質(zhì)波動(dòng)假說(shuō)的創(chuàng)始人。1929年獲Nober獎(jiǎng)德布羅意的預(yù)言1924年，法國(guó)年輕的物理學(xué)家德布羅意在從事量子論研究時(shí)，受光的波粒二象性的啟發(fā)，大膽提出：微觀粒子都具有波粒二象性。并預(yù)言：像電子等具有質(zhì)量m、運(yùn)動(dòng)速度v的微粒，與其相應(yīng)的波長(zhǎng)的關(guān)系式為：10PPT課件生于1892年，物質(zhì)波動(dòng)假說(shuō)的創(chuàng)始人。1929年獲Nober10電子衍射實(shí)驗(yàn)1927年，戴維遜和革爾麥應(yīng)用Ni晶體進(jìn)行電子衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)電子具有波動(dòng)性。證明了電子運(yùn)動(dòng)具有波動(dòng)性證明了德布羅意的預(yù)言波粒二象性是所有微觀粒子運(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要特性。宏觀粒子看不到波粒二象性是由于其質(zhì)量太大，波長(zhǎng)太小。

同年英國(guó)的ThomsonGP將電子束通過(guò)金箔也得到電子衍射圖。

ThomsonJJ（祖父）證明了電子的粒子性，1906年獲Nober獎(jiǎng)；

ThomsonGP（孫子）證明電子的波動(dòng)性，1937年獲Nober獎(jiǎng)。11PPT課件電子衍射實(shí)驗(yàn)1927年，戴維遜和革爾麥應(yīng)用Ni11三、海森堡測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系

量子力學(xué)認(rèn)為：原子中的電子等微觀粒子，由于質(zhì)量很小，速度極快，具有波粒二象性，因此不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定電子的運(yùn)動(dòng)速度和空間位置。根據(jù)量子力學(xué)理論，對(duì)微觀粒子如電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，只能用統(tǒng)計(jì)的方法，做出概率性（電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)）的描述，而不能用經(jīng)典力學(xué)的固定軌道來(lái)描述。

12PPT課件三、海森堡測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系量子力學(xué)認(rèn)為：原子中的電12第二節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述

——量子力學(xué)原子模型描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)方程：一、薛定諤方程薛定諤解薛定諤方程可以得到一系列的數(shù)學(xué)解――波函數(shù)，但并不是所有的解都是合理的，為了得到核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)合理的解，要求一些物理量必須是量子化的。1933年獲Nober獎(jiǎng)13PPT課件第二節(jié)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)方13二、波函數(shù)和原子軌道（軌函）解薛定諤方程時(shí)，將三維直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成球極坐標(biāo)：徑向部分角度部分所謂解薛定諤方程，就是解出對(duì)應(yīng)一組n，l，m的波函數(shù)及其相應(yīng)的能量En，l。14PPT課件二、波函數(shù)和原子軌道（軌函）解薛定諤方程時(shí)，將三維直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)14注意：

原子軌道宏觀物體的運(yùn)動(dòng)軌道和波爾假設(shè)的固定軌道的概念是不同的，它代表原子核外電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或電子在空間某處出現(xiàn)的概率。Ψ(rθφ)：是量子力學(xué)中描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（能量、范圍）的數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式，可稱(chēng)為

原子軌函；原子軌道：由波函數(shù)畫(huà)出來(lái)的圖像；描述出電子在核外空間出現(xiàn)的概率達(dá)到95%的區(qū)域。15PPT課件注意：原子軌道宏觀物體的運(yùn)動(dòng)軌道和波爾假設(shè)的15三、四個(gè)量子數(shù)主量子數(shù)n角量子數(shù)l磁量子數(shù)m自旋量子數(shù)ms16PPT課件三、四個(gè)量子數(shù)主量子數(shù)n角量子數(shù)l磁量子數(shù)m自旋量子數(shù)ms116三、四個(gè)量子數(shù)主量子數(shù)n角量子數(shù)l磁量子數(shù)m自旋量子數(shù)ms代表電子離核的遠(yuǎn)近。n的取值:1234567…電子層一二三四五六七…電子層符號(hào)KLMNOPQ…離核平均距離近————————————→遠(yuǎn)決定電子運(yùn)動(dòng)能量高低的主要因素。17PPT課件三、四個(gè)量子數(shù)主量子數(shù)n角量子數(shù)l磁量子數(shù)m自旋量子數(shù)ms代17三、四個(gè)量子數(shù)主量子數(shù)n角量子數(shù)l磁量子數(shù)m自旋量子數(shù)ms描述原子軌道的形狀。決定多電子原子中能量的次要因素。n值l取值l值軌道符號(hào)軌道形狀100s球形對(duì)稱(chēng)20，11p啞鈴形30，1，22d花瓣形40，1，2，33f……4gn0，1，2…（n－1）……l只能取小于n的正整數(shù)。18PPT課件三、四個(gè)量子數(shù)主量子數(shù)n角量子數(shù)l磁量子數(shù)m自旋量子數(shù)ms描18三、四個(gè)量子數(shù)主量子數(shù)n角量子數(shù)l磁量子數(shù)m自旋量子數(shù)ms描述原子軌道在空間的伸展方向。m只能取小于或等于l的整數(shù)。l＝0m＝0只有一種取向，無(wú)方向性s軌道○sl＝1m＝＋1，0，－1有三種取向，三個(gè)等價(jià)軌道p軌道○○○px，py，pzl＝2m＝＋2,＋1,0,－1,－2有五種取向，五個(gè)等價(jià)軌道d軌道○○○○○dxy，dxz，dyz，dz2，dx2－y2l＝3m＝＋3,＋2,＋1,0,－1,－2,－3有七種取向，七個(gè)等價(jià)軌道f軌道○○○○○○○n、l、m一起決定電子的運(yùn)動(dòng)“軌道”19PPT課件三、四個(gè)量子數(shù)主量子數(shù)n角量子數(shù)l磁量子數(shù)m自旋量子數(shù)ms描19三、四個(gè)量子數(shù)主量子數(shù)n角量子數(shù)l磁量子數(shù)m自旋量子數(shù)ms描述電子自旋狀態(tài)：順時(shí)針自旋和逆時(shí)針自旋。取值時(shí)只能取±

1/2。不是解薛定諤方程得來(lái)的。n、l、m、ms一起決定電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)20PPT課件三、四個(gè)量子數(shù)主量子數(shù)n角量子數(shù)l磁量子數(shù)m自旋量子數(shù)ms描20結(jié)論：當(dāng)n，l取值相同時(shí)，則電子的能量相同。

對(duì)于n和l相同、m不同的軌道其能量基本相同，我們稱(chēng)

為等價(jià)軌道或簡(jiǎn)并軌道。

nll<n軌道符號(hào)m可以取的值軌道數(shù)各電子層軌道數(shù)最多允許的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)101s0112202s014812p＋1，0，－13303s0191813p＋1，0，－1323d＋2,＋1,0,－1,－25404s01163214p＋1，0，－1324d＋2,＋1,0,－1,－2534f＋3,＋2,＋1,0,－1,－2,－3721PPT課件結(jié)論：當(dāng)n，l取值相同時(shí)，則電子的能量相同。對(duì)于n和l相同21電子云習(xí)慣上用小黑點(diǎn)分布的疏密來(lái)表示電子在某處出現(xiàn)概率密度的相對(duì)大小，用這種方法得到的空間圖像就像天空的云霧一樣，我們形象的稱(chēng)為電子云。

將電子出現(xiàn)概率密度相等的點(diǎn)連成曲面的圖稱(chēng)為等概率密度剖面界面圖。曲面內(nèi)電子云出現(xiàn)的概率達(dá)95％作為界面，再將黑點(diǎn)除去來(lái)表示電子云的形狀，這樣的圖像即為電子云剖面界面圖。22PPT課件電子云習(xí)慣上用小黑點(diǎn)分布的疏密來(lái)表示電子在某處出現(xiàn)概率密度的22角向部分角向部分只與量子數(shù)l，m有關(guān)，而與主量子數(shù)n無(wú)關(guān)。

原子軌道的角度分布剖面圖五、波函數(shù)和電子云的空間形狀23PPT課件角向部分角向部分只與量子數(shù)l，m有關(guān)，而與主量子數(shù)n無(wú)關(guān)。2324PPT課件24PPT課件243.3d態(tài)：n=3,l=2,m=0,25PPT課件3.3d態(tài)：n=3,l=2,m=0,25PPT課件25小結(jié)：量子數(shù)與電子云的關(guān)系

n：決定電子的運(yùn)動(dòng)能量

l：描述原子軌道的形狀

mi：描述原子軌道在空間不同角度的取向

26PPT課件小結(jié)：量子數(shù)與電子云的關(guān)系n：決定電子的運(yùn)動(dòng)能量l：描26電子云的角度分布剖面圖27PPT課件電子云的角度分布剖面圖27PPT課件27狀態(tài)原子軌道電子云角向部分Yl,m(θ,

φ)Yl,m(θ,

φ)2圖形啞鈴形啞鈴形胖、瘦胖瘦函數(shù)值有“＋”、“－”值無(wú)“＋”、“－”值物理意義不表示原子軌道形狀不表示電子云的形狀原子軌道和電子云角向分布圖的區(qū)別28PPT課件狀態(tài)原子軌道電子云角向部分Yl,m(θ,φ)Yl,m(2829PPT課件29PPT課件29第三節(jié)原子核外電子排布和元素周期系一、多電子原子的原子軌道電子填充能級(jí)序鮑林原子軌道近似能級(jí)圖30PPT課件第三節(jié)原子核外電子排布和元素周期系一、多電子原子的原301.屏蔽效應(yīng)屏蔽效應(yīng)：內(nèi)層電子抵消一些核電荷對(duì)外層電子的屏蔽。σ為屏蔽常數(shù)，可用Slater經(jīng)驗(yàn)規(guī)則算得。Z－σ=Z*，Z*——有效核電荷數(shù)31PPT課件1.屏蔽效應(yīng)屏蔽效應(yīng)：σ為屏蔽常數(shù)，可用Slater經(jīng)31

外層電子鉆進(jìn)內(nèi)層，受到核的較強(qiáng)的吸引作用。2s,2p軌道的徑向分布圖3d與4s軌道的徑向分布圖2.鉆穿效應(yīng)32PPT課件外層電子鉆進(jìn)內(nèi)層，受到核的較強(qiáng)的吸引作用。2s,232二、原子核外電子的排布與電子結(jié)構(gòu)核外電子排布的三原則基態(tài)多電子原子核外電子排布時(shí)總是先占據(jù)能量最低的軌道，當(dāng)?shù)湍芰寇壍勒紳M(mǎn)后，才排入高能量的軌道，以使整個(gè)原子能量最低。能量最低原理33PPT課件二、原子核外電子的排布與電子結(jié)構(gòu)核外電子排布的三原則基態(tài)多電33保利不相容原理在同一原子中不可能有四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子同時(shí)存在，每個(gè)原子軌道最多能容納兩個(gè)電子，且這兩個(gè)電子自旋方向相反

34PPT課件保利不相容原理在同一原子中不可能有四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電34洪特規(guī)則電子在能量相同的軌道（即簡(jiǎn)并軌道）上排布時(shí)，總是盡可能以自旋相同的方向，分占不同的軌道。簡(jiǎn)并處于軌道全充滿(mǎn)，半充滿(mǎn)或全空的這些狀態(tài)都是能量較低的穩(wěn)定狀態(tài)。

35PPT課件洪特規(guī)則電子在能量相同的軌道（即簡(jiǎn)并軌道）上排布時(shí)，總是盡可35半滿(mǎn)全滿(mǎn)規(guī)則：當(dāng)軌道處于全滿(mǎn)、半滿(mǎn)時(shí)，原子較穩(wěn)定。Z=26Fe：1s22s22p63s23p63d64s2

N：1s22s22p3原子芯36PPT課件半滿(mǎn)全滿(mǎn)規(guī)則：Z=26Fe：1s22s236三、原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系原子的電子層結(jié)構(gòu)原子的電子層結(jié)構(gòu)可以根據(jù)核外電子排布三原則來(lái)書(shū)寫(xiě)。但有例外，如：元素按三原則排布實(shí)際鈮41Nb[Kr]4d35s2[Kr]4d45s1釕44Ru[Kr]4d65s2[Kr]4d75s1鈰58Ce[Xr]4f26s2[Xr]4f15d16s237PPT課件三、原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系原子的電子層結(jié)構(gòu)原子的電子層37一、原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系★元素周期律二、元素性質(zhì)的周期性38PPT課件一、原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系★元素周期律二、元素性381.原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系39PPT課件1.原子的電子層結(jié)構(gòu)和元素周期系39PPT課件39原子的電子層結(jié)構(gòu)與族的劃分40PPT課件原子的電子層結(jié)構(gòu)與族的劃分40PPT課件40能級(jí)組能級(jí)組數(shù)周期數(shù)電子層數(shù)元素?cái)?shù)目最大電子容量1s一11222s2p二22883s3p三33884s3d4p四4418185s4d5p五5518186s4f5d6p六6632327s5f6d7p七7723未滿(mǎn)結(jié)論：周期數(shù)＝能級(jí)組數(shù)＝電子層數(shù)41PPT課件能級(jí)組能級(jí)周期數(shù)電子元素最大電子容量1s一11241族數(shù)＝價(jià)電子層上電子數(shù)（參與反應(yīng)的電子）＝最高氧化值第一種劃分方法價(jià)電子層為參與反應(yīng)的電子層主族：價(jià)電子層為nsnp副族：價(jià)電子層為(n-1)snp第二種劃分方法每一列為一族，共分18族。42PPT課件族數(shù)＝價(jià)電子層上電子數(shù)（參與反應(yīng)的電子）＝最高氧化值第一種劃42原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素的分區(qū)ⅠAⅧA1ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥAⅦA2s區(qū)p區(qū)3ⅢBⅣBⅤBⅥBⅦBⅧB(niǎo)ⅠBⅡB4d區(qū)ds區(qū)567La系A(chǔ)c系f區(qū)43PPT課件原子的電子層結(jié)構(gòu)與元素的分區(qū)ⅠAⅧA1ⅡAⅢAⅣAⅤAⅥA43最后一個(gè)電子填充在s軌道上，包括堿金屬和堿土金屬兩族，他們都是活潑金屬。s區(qū)元素最后一個(gè)電子填充在p軌道上，包括ⅢA～ⅧA五個(gè)族，大部分為非金屬元素。p區(qū)元素最后一個(gè)電子填充在d軌道上，包括ⅢB～ⅧB(niǎo)，又稱(chēng)為過(guò)渡元素，都是金屬元素。d區(qū)元素最后一個(gè)電子填充在d軌道上或s軌道上，包括ⅠB和ⅡB，都是金屬元素，與s區(qū)元素的區(qū)別在于其次內(nèi)層d軌道上的電子是全滿(mǎn)的。ds區(qū)元素最后一個(gè)電子填充在f軌道上上，包括La系和Ac系元素，都是金屬元素，每系各元素的化學(xué)性質(zhì)極為相似。f區(qū)元素44PPT課件最后一個(gè)電子填充在s軌道上，包括堿金屬和堿土金屬兩族，他們都44第四節(jié)元素某些性質(zhì)的周期性一、原子半徑共價(jià)半徑同種元素的兩原子以共價(jià)單鍵結(jié)合時(shí)，它們核間距離的一半。范德瓦爾斯半徑在分子晶體中，相鄰分子間兩個(gè)鄰近的非成鍵原子的核間距離的一半。金屬半徑在金屬晶體中，相鄰的兩個(gè)接觸原子它們的核間距離的一半。45PPT課件第四節(jié)元素某些性質(zhì)的周期性一、原子半徑共價(jià)半徑同種元45原子半徑的變化規(guī)律同一周期短周期：原子半徑隨原子序數(shù)增大而減小長(zhǎng)周期：原子半徑隨原子序數(shù)增大而減小，但過(guò)渡元素原子半徑變化不大同一族主族：原子半徑隨原子序數(shù)增大而增大副族：原子半徑隨原子序數(shù)增大而增大，但原子半徑增大不明顯影響因素：核外電子層數(shù)和有效核電荷數(shù)46PPT課件原子半徑的變化規(guī)律同一周期短周期：原子半徑隨原子序數(shù)增大而減46主族元素47PPT課件主族元素47PPT課件47

元素的原子半徑變化趨勢(shì)48PPT課件元素的原子半徑變化趨勢(shì)48PPT課件48

鑭系元素從左到右，原子半徑減小幅度更小，這是由于新增加的電子填入外數(shù)第三層上，對(duì)外層電子的屏蔽效應(yīng)更大，外層電子所受到的Z*增加的影響更小。鑭系元素從鑭到鐿整個(gè)系列的原子半徑減小不明顯的現(xiàn)象稱(chēng)為鑭系收縮。49PPT課件鑭系元素從左到右，原子半徑減小幅度更小，這是49二、電離勢(shì)

元素的一個(gè)氣態(tài)原子在基態(tài)時(shí)，失去一個(gè)電子成為氣態(tài)的+1價(jià)離子時(shí)所需要的能量，稱(chēng)為該元素的第一電離勢(shì)，通常用符號(hào)“I1”表示。

電離勢(shì)的大小表示原子失去電子的傾向，從而可說(shuō)明元素的金屬性強(qiáng)弱。電離勢(shì)越小，則該元素在氣態(tài)時(shí)金屬性越強(qiáng)。同上定義第二電離勢(shì)“I2”、第三電離勢(shì)“I3”等等。且一般有50PPT課件二、電離勢(shì)元素的一個(gè)氣態(tài)原子在基態(tài)時(shí)，失去一50電離勢(shì)的變化規(guī)律同一周期短周期：電離勢(shì)隨原子序數(shù)增大而增大長(zhǎng)周期：電離勢(shì)隨原子序數(shù)增大而總體趨勢(shì)增大同一族主族：電離勢(shì)隨原子序數(shù)增大而減小副族：電離勢(shì)隨原子序數(shù)增大變化幅度較小且不規(guī)則影響因素：核外電子層數(shù)和原子半徑以及有效核電荷數(shù)51PPT課件電離勢(shì)的變化規(guī)律同一周期短周期：電離勢(shì)隨原子序數(shù)增大而增大長(zhǎng)5152PPT課件52PPT課件5253PPT課件53PPT課件53三、電子親和勢(shì)

元素的一個(gè)氣態(tài)原子在基態(tài)時(shí)獲得一個(gè)電子成為氣態(tài)的負(fù)一價(jià)離子所放出的能量，稱(chēng)為該元素的第一電子親和勢(shì)，通常用符號(hào)“E1”表示。

元素的電子親和勢(shì)也可衡量元素的金屬性強(qiáng)弱，電子親和勢(shì)的值越小，說(shuō)明元素的原子獲得電子形成負(fù)離子的趨勢(shì)越小，所以非金屬性越弱。

同上定義第二電子親和勢(shì)“E2”等。第一電子親和勢(shì)一般是正值，但第二電子親和勢(shì)是負(fù)值。54PPT課件三、電子親和勢(shì)元素的一個(gè)氣態(tài)原子在基態(tài)時(shí)獲得54電子親和勢(shì)的變化規(guī)律從左至右隨著原子序數(shù)的增大，元素的第一電子親和勢(shì)總體趨勢(shì)是增大的。影響因素：核外電子層數(shù)和原子半徑以及有效核電荷數(shù)同一周期從上至下隨著原子序數(shù)的增大，元素的