《原子結(jié)構(gòu)無機(jī)》PPT課件.ppt

1、原子結(jié)構(gòu)和元素周期表，第一章，達(dá)爾頓原子論相對原子質(zhì)量原子的起源和演化原子結(jié)構(gòu)的保羅行星模型氫原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型基態(tài)原子配置元素周期系元素周期性，主要內(nèi)容，重難點(diǎn)，1 .氫原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型2 .基態(tài)原子配置3 .元素周期系4 .元素周期性，教學(xué)方法同種原子質(zhì)量相同， 不同種類的原子質(zhì)量不同的原子不能再分成一個原子不變成另一個原子化學(xué)反應(yīng)只是改變了原子的結(jié)合方式，將反應(yīng)前的物質(zhì)變成反應(yīng)后的物質(zhì)。 達(dá)爾頓原子論，1805年，達(dá)爾頓明確提出了他的原子論。 這個理論的要點(diǎn)是，每種化學(xué)元素都有原子，同種原子質(zhì)量相同，不同種類的原子質(zhì)量不同，有的原子不會再分開，有的原子不會變成別的原子。化學(xué)反應(yīng)

2、只是改變了原子的結(jié)合方式，反應(yīng)前的物質(zhì)會變成反應(yīng)后的物質(zhì)。 達(dá)爾頓用自己的原子論導(dǎo)出倍比定律，當(dāng)兩種元素化合得到多個化合物時，實(shí)驗(yàn)證明這些化合物中元素的質(zhì)量比具有整數(shù)倍的比例關(guān)系，如碳和氧有兩種化合物的一氧化碳和二氧化碳，其中碳和氧的質(zhì)量比為4:3和8:3 道爾頓提出了原子量的概念，但沒能正確給出很多元素的原子量。 道爾頓獨(dú)斷地認(rèn)為，由于“思考經(jīng)濟(jì)原則”可以認(rèn)定水分子由一個氫原子和一個氧原子構(gòu)成，所以弄錯了氧的原子量。 道爾頓是代表原子的符號，是第一個元素符號。 圖中他給出的許多分子組成都是錯誤的。 這不僅是想象用歷史的教訓(xùn)揭示科學(xué)的真理，也不能遵循達(dá)爾頓提出的所謂“思想經(jīng)濟(jì)原則”，客觀世界的

3、復(fù)雜性不會因?yàn)槿嘶蛘咧饔^想法的簡單化而改變。 達(dá)爾頓原子論大大推動了化學(xué)的發(fā)展，1818年和1826年，瑞典的化學(xué)家貝澤里烏斯(C-L. Berzelius 1779-1848 )通過大量的實(shí)驗(yàn)正確確定了當(dāng)時已知的化學(xué)元素的原子量，糾正了達(dá)爾頓原子量的錯誤值，得到了化學(xué)發(fā)展把對于貝塞琉原子量(1818和1826 )、1-2原子質(zhì)量(原子量)、元素、原子編號和元素符號，具有一定的原子負(fù)荷數(shù)(等于核內(nèi)質(zhì)子數(shù))的原子稱為(化學(xué))元素。 按(化學(xué))元素的原子能發(fā)電負(fù)荷數(shù)進(jìn)行排序，得到的編號稱為原子編號。 每個元素都有一個用拉丁字母表示的元素符號。 在某些情況下，元素符號可以表示元素，可以表示該元素的原

4、子，也可以表示該元素的原子。核素、同位素和同位素豐度，核素是具有一定質(zhì)子數(shù)和一定中子數(shù)的原子(的總稱)。 元素具有一定質(zhì)子數(shù)的原子。 同位素質(zhì)子數(shù)相同中子數(shù)不同的原子(的總稱)。 同量異位素核數(shù)相同，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)不同的原子(的總稱)。 同中子素具有一定中子數(shù)的原子(的總稱)。 穩(wěn)定核素、放射性核素、單核素元素、多核素元素通常在元素符號的左上下角加上數(shù)字作為核素符號。 核素符號左下角的數(shù)字是該核素原子核中的質(zhì)子數(shù)，左上角的數(shù)字稱為該核素的質(zhì)量數(shù)，即核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的和。 具有相同原子負(fù)荷數(shù)、不同中子數(shù)的核素屬于同一元素，在元素周期表中占據(jù)同一位置，稱為同位素。 某種元素的各種天然同位素的分率

5、組成(原子百分率)稱為同位素豐度。 例如，氧的同位素的豐度為f(16O)=99.76%、f(17O)=0.04%f、(18O)=0.20%，氟等單核元素、同位素的豐度為f。有些元素的同位素豐度隨樣品而變化，通常同位素豐度是指從地殼(包括巖石、水、大氣)到樣品范圍的多樣品平均值。 如果采樣范圍擴(kuò)大，則需要特別注明。 原子的質(zhì)量、原子質(zhì)量單位有u單位的核素一個原子的質(zhì)量稱為該核素的原子質(zhì)量。 1u等于核素12C原子質(zhì)量的1/12。 有的資料把a(bǔ)mu和mu作為原子質(zhì)量單位的記號，在高分子化學(xué)中把原子質(zhì)量的單位稱為“達(dá)爾頓”。 1u取決于核素12C的一個原子的質(zhì)量的測定。 最近的數(shù)據(jù)將1u=1.660

6、566(9)10-24 g的核素質(zhì)量與12C的原子質(zhì)量的1/12之比稱為核素的相對原子質(zhì)量。 核素的相對原子質(zhì)量在數(shù)值上與核素的原子質(zhì)量相等，維數(shù)為1。 元素的相對原子質(zhì)量(原子量)、元素的相對原子質(zhì)量(長期以來被稱為原子量)。 根據(jù)國際原子量和同位素豐度委員會1979年的定義，原子量是指元素的1摩爾質(zhì)量相對于核素12C的1摩爾質(zhì)量的1/12的比。 這個定義表明元素的相對原子質(zhì)量(原子量)是純數(shù)。 單核元素的相對原子質(zhì)量(原子量)等于該元素的核素的相對原子質(zhì)量。 多核種元素的相對原子質(zhì)量(原子量)與該元素的天然同位素的相對原子質(zhì)量的加權(quán)平均值相等。 加權(quán)平均值是將幾個數(shù)值分別乘以1個權(quán)重相加。

7、 相對于元素的相對原子質(zhì)量(原子量)，這個權(quán)重是同位素的豐度。 若用Ar表示多核種元素相對原子質(zhì)量，則Ar=f iMr，I式中： fi同位素的豐度； Mr，I同位素相對于原子質(zhì)量，1-3原子的起源和進(jìn)化，宇宙的初氫燃燒，氦燃燒，碳燃燒過程，e過程重元素的誕生宇宙大爆炸理論的是非，1-4原子構(gòu)造的玻爾行星模型，氫原子光譜，分光器測量物質(zhì)放射或吸收的光的波長，拍攝各種各樣的光譜圖光譜圖就像“指紋”能夠識別人一樣，能夠識別形成光譜的元素。 在光譜分析中發(fā)現(xiàn)了銫、銣、氦、鎵、銦等多種元素。 然而，到本世紀(jì)初，只知道物質(zhì)在高溫或電激發(fā)下發(fā)光，而發(fā)光機(jī)理并不知道各種元素具有特定的光譜，但為什么不同的元素具

8、有不同的光譜卻不知道。 氫、氦、鋰、鈉、鋇、汞、氖的發(fā)光光譜(從上到下)，氫光譜是所有元素光譜中最簡單的光譜。 在可見光區(qū)中，所述光譜包括若干分離的線性光譜線，其波長和符號如下：光譜線hhhh編號(n) 1 2 3 4 5波長/nm 656.279486.133434.048410.175397.009，從紅到紫1883年，瑞士巴爾默(J.J.Balmer 1825-1898 )發(fā)現(xiàn)在光譜波長()和編號(n )之間存在以下經(jīng)驗(yàn)方程式：里德堡(j.r.rydberg18555 )，氫的紅外光譜和紫外光譜的光譜當(dāng)1=2時，得到的是可見光譜的光譜線，稱為巴爾邁體系，當(dāng)n1=3時，得到氫的紅外光譜，稱

9、為個人體系，當(dāng)n1=1時，得到氫的紫外光光譜，稱為來歷曼體系。 玻爾理論，1，行星模型，2，穩(wěn)態(tài)假設(shè)，3，量化條件，4，轉(zhuǎn)變規(guī)則，n=1時能量最低，此時能量為2.17910-18J，此時對應(yīng)的半徑為52.9pm，被稱為玻爾半徑的行星軌道和行星模型是玻爾新的量子力學(xué)證明了電子在核之外的所謂“行星軌道”是不存在的。 玻爾理論是合理的：核外電子處于穩(wěn)態(tài)時有確定性能量的原子光譜來源于核外電子的能量變化。這個真理傳承到了后來的量子力學(xué)上。 玻爾理論的基本科學(xué)思想方法承認(rèn)了原子系統(tǒng)穩(wěn)定長期存在的客觀事實(shí)，大膽假設(shè)光譜的來源是核外電子的能量變化，以類比的科學(xué)方法形成核外電子的行星模型，并提出量化條件和遷移規(guī)

10、律等革命性概念。1-5氫原子結(jié)構(gòu)(核外電子運(yùn)動)的量子力學(xué)模型、1-5-1波粒二象性、物理學(xué)家們統(tǒng)一了光的粒子說和光的波動說，提出了光的波粒二象性，認(rèn)為光兼?zhèn)淞Ｗ有院筒▌有缘亩匦浴?(2)光子的運(yùn)動量(P=mc，E=mc2其中m是光子的質(zhì)量，c是光速)是光的倍率(Y2)，這意味著當(dāng)I=h=2/4 (1)光的頻率恒定時，光子的密度()與光的幅度的平方(Y2)成比例： Y2 或者，1-5-2德布羅意關(guān)系式，1927年，年輕法國博士生德布羅意(de Broglie 1892-1987 )在他的博士論文中大膽假設(shè)，所有的實(shí)物粒子與光具有相同的波粒二象性，引起科學(xué)界的關(guān)注。 也就是說，顯示光的波粒二象

11、性的關(guān)系式不僅僅是光的特性，也是電子、質(zhì)子、中子、原子等實(shí)物粒子的所有特性。 這給予了該關(guān)系式新的內(nèi)涵，以后稱為用達(dá)布洛伊關(guān)系式：=h/P=h/mv達(dá)布洛伊關(guān)系式修正的各種實(shí)物粒子的質(zhì)量、速度和波長。 實(shí)物粒子的質(zhì)量、速度和波長的關(guān)系，根據(jù)修正計(jì)算，宏觀物體的波長過短，完全無法測定，無法感知，所以對于宏觀物體，無需考察其波動性，對于高速運(yùn)動的質(zhì)量小的微觀物體，例如核外電子，必須考察其波動性。 該關(guān)系式通過大衛(wèi)生和日爾默的電子衍射實(shí)驗(yàn)得到了證實(shí)。 論證了1-5-3海森堡的不確定原理、量子力學(xué)不能用描述宏觀物體運(yùn)動的“軌跡”概念描述微觀物體的運(yùn)動。 所謂“軌跡”是指運(yùn)動中的物體在每個決定的時刻具有

12、決定的位置。 微觀粒子和宏觀物體不同，它們的運(yùn)動沒有軌跡，也就是說在固定的時間里沒有固定的位置。 這可以用海森堡的不確定原理來說明，一個物體相對于運(yùn)動量(mv )的測量偏差(mv )和該物體相對于位置(x )的測量偏差(x )的積為普朗克常數(shù)的數(shù)量級，即，(x)(mv)h/時，其運(yùn)動速度為2.18107m/s，光速已知電子的質(zhì)量為9.110-31kg，如果我們正確地將電子速度的測定設(shè)為v=104m/s，則成為(mv )=9. 11031104 KGM/s=9. 11027 KGM/s的電子的運(yùn)動坐標(biāo)的測定偏差為： x=5. 2731035 kg s=57951012m=5795pm，該電子相當(dāng)

13、于玻爾半徑的約110倍(5770倍)，1 .波函數(shù)和4個量子數(shù)1 .波函數(shù)和雪定諤方程式是表示微粒子的運(yùn)動狀態(tài)的波函數(shù)，x、y、z是微粒子的位置的三維坐標(biāo)， 確定v電子勢能的e電子總能量(E-V )是電子的動能，表示雪定諤方程的物理意義：每個方程的合理解，表示電子運(yùn)動的某個穩(wěn)定狀態(tài)。 與該解對應(yīng)的常數(shù)e是該穩(wěn)定狀態(tài)下電子的總能量。 為了得到這個方程式的理解，必須導(dǎo)入3個量子數(shù)。設(shè)用波函數(shù)表示微粒子在三維空間中的運(yùn)動規(guī)則的式為雪定中傷方程式，用波函數(shù)表示微粒子在三維空間中的運(yùn)動規(guī)則的式為雪定中傷方程式，1-5-4氫原子的量子力學(xué)模型，2.4量子數(shù)，主量子數(shù)(對應(yīng)于n，能量層)，值范圍： n1，在

14、氫原子中，電子能量為： 量子數(shù)(l，對應(yīng)能級)、取值的范圍： l0、1、2、3、 n-1、物理意義：表示電子軌道的形狀和用多電子原子決定主量子數(shù)和電子的能量。 其可取值受n的限制。 在l0、1、2、3.的情況中的每個子層都由相應(yīng)的標(biāo)號s、p、d、f.表示。 量子數(shù)(m，對應(yīng)于軌道)、取值的范圍： m0、1、2、3、 l，物理意義：表示電子軌道在空間的延伸方向，電子運(yùn)動的3個量子數(shù)n、l、m，指定電子的空間運(yùn)動狀態(tài)時n2、l=1時，m的取值可以設(shè)為-1、0、1，3 二，一，一。 稱為p軌道，符號是：2Px、2Py、2Pz P軌道形狀為8字對稱，自旋量子數(shù)(對應(yīng)于ms，自旋狀態(tài))、自旋量子數(shù)不是從

15、氫原子波動方程式解，而是通過氫原子光譜的微結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入的。 電子在簡并軌道中運(yùn)動時，磁場也會引起能量的微小變化，線性光譜在磁像素中分裂，因此物理意義：表示電子在原子軌道中運(yùn)動時的自旋方向。 在一個原子上，量子數(shù)完全相同的電子不能存在4個，所以電子的運(yùn)動狀態(tài)可以用4個量子數(shù)記述(n、l、m、ms )，2 .記述波函數(shù)的徑向部分和角度部分、在三維空間運(yùn)動的波函數(shù)可以用球坐標(biāo)表示，記述根據(jù)半徑電子運(yùn)動變化的分布y (，)也稱為波函數(shù)的角度部分，也稱為角度波函數(shù)。 描述電子運(yùn)動隨角度變化的分布的波函數(shù)。 根據(jù)波函數(shù)的放射狀分布圖和角度分布圖，可以直觀地形象性地說明原子的化學(xué)性質(zhì)。 1、波函數(shù)的角度分布圖(也稱為原子軌道角度分布圖)、波函數(shù)的角度分布圖(參照P38 )只與角量子數(shù)有關(guān)，比如2p軌道圖形和3p或4p軌道圖形相同，圖形的形狀和符號可以從求解薛定諤方程式得到的波函數(shù)的具體公式中得到。 l=0時，稱為s軌道，稱為球形，符號稱為正。 l=1時，稱為p軌道，有3個簡并軌道，分別稱為px、py、pz軌道，軌道圖形是2個對頂?shù)摹扒驓ぁ?，坐?biāo)軸方向的一邊為正，另一邊為負(fù)。 l=2(d(