《原子结构》课件（2）.ppt

第一节原子结构模型 原子是由 和 构成的 原子核是由 和 构成的 但 原子核例外 在原子中 核电荷数 数 数 核素818o的意义是o原子核内有 个质子 个中子 质量数为 1 原子核 核外电子 质子 中子 11h 质子 核外电子 2 8 10 18 请你补全 rn 氡的原子结构示意图 并且与其他同学交流你从原子结构示意图中获得的信息 通常所说的光是指人的 所能感觉到的 在真空中波长介于 之间的电磁波 不同波长的光在人的视觉中表现出不同的 按波长由长到短依次为 黄 3 电子排布规律 400 700nm 4 颜色 红 橙 绿 青 蓝 紫 视觉 能用n l m ms四个量子数描述核外电子的运动状态及各量子数的意义 理解科学假说 模型在原子结构建立中的重要作用 感悟科学家在科学创造中的丰功伟绩 1 2 3 第1课时原子结构 对原子结构认识的发展过程英国科学家 在1803年建立了原子学说 1903年英国的 提出了原子结构的 葡萄干布丁 模型 1911年英国物理学家卢瑟福提出了原子结构的 1913年丹麦科学家玻尔建立起核外电子 排布的原子结构模型 20世纪20年代中期建立了原子结构的 模型 笃学一氢原子光谱和玻尔原子结构模型 1 道尔顿 汤姆逊 核式模型 分层 量子力学 氢原子光谱 1 光谱 光谱的定义许多物质都能够吸收光或发射光 为了研究物质的这种性质 人们利用仪器将物质吸收光或发射光的 和 分布记录下来 就得到所谓的光谱 光谱的分类光谱的分类标准有多种 一般我们只考虑 和 的分类方法 连续光谱 若由光谱仪获得的光谱是由 的光所组成 且相近的波长差别极小而不能分辨 则所得光谱为 2 波长 强度 连续光谱 线状光谱 各种波长 连续光谱 例如 阳光形成的光谱即为连续光谱 线状光谱 若由光谱仪获得的光谱是由具有 的 彼此分立的谱线组成 则所得光谱为线状光谱 例如氢原子光谱 氦原子光谱等都是线状光谱 光谱的应用在现代化学中 常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素 称为光谱分析 在历史上 许多元素是通过原子光谱发现的 如铯 1860年 和铷 1861年 其光谱图中有特征的蓝光和红光 它们的拉丁文名称由此得名 特定波长 2 氢原子光谱氢原子光谱的特征 氢原子光谱是线状光谱 是不连续的 1913年 丹麦科学家玻尔 n bohr 1885 1962 第一次认识到氢原子光谱是由氢原子的电子跃迁产生的 并通过纯粹的理论计算得到氢原子光谱的谱线波长 与实验结果几乎完全相同 科学界大为震惊 原子结构理论从此长足发展 最后建立了量子力学 人类历史从此进入了量子时代 玻尔的原子结构模型玻尔原子结构模型的基本观点 1 原子中的电子在具有确定半径的 轨道上绕 运动 并且不辐射能量 2 在不同轨道上运动的电子具有 的能量 e 而且能量是 的 3 只有当电子从一个轨道 ei 到另一个轨道 ej 才会辐射或吸收能量 h ej ei 3 圆周 原子核 不同 量子化 跃迁 光谱形成的原因原子在正常或稳定状态时 电子尽可能处于能量最低的轨道 这种状态称为 电子受激发处于能量高于 的状态称为 原子核外电子在一定条件下会发生跃迁 跃迁过程中伴随着 的变化 如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来 就形成了光谱 4 基态 基态 激发态 能量 能层多电子原子的核外电子的 是不同的 按电子的 差异 可以把核外电子分为不同的能层 用符号k l o p q表示 从k q 能量逐渐升高 能级在多电子原子中 同一能层的电子 能量也可能不同 还可以把它们分成能级 在每个能层中 能级符号的顺序是 nd nf等 笃学二能层 能级和四个量子数 1 2 能量 能量 m n ns np 四个量子数 n l m ms 原子中单个电子的空间运动状态可以用 来描述 而每个原子轨道由三个只能取整数的量子数 共同描述 1 主量子数n决定轨道能量的高低 n的取值为正整数1 2 3 4 n越大 电子离核的平均距离越远 能量越 n值与电子层相对应 n 1表示能量最 离核最 的第一电子层 主量子数与电子层符号的对应关系是 3 原子轨道 n l m 高 低 近 氢原子核外只有 个电子 不存在电子之间的相互作用 能量只决定于 2 角量子数l量子数l称为角量子数 对于确定的n值 l可取 个值 即0 1 2 3 n 1 在多电子原子中 它和主量子数一起决定电子运动状态的能量 若两个电子的n与l相同 就表示这两个电子具有 我们用 来表示具有相同 值的电子运动状态 在一个电子层中 l有多少个取值 就表示该电子层有多少个不同的 l 0为 能级 l 1为 能级 l 2为 能级 l 3为 能级 一 主量子数n n 相同的能量 能级 n l 能级 s p d f n 1 l 0 l只有 个值 有一个能级 s n 2 l l有 个值 有 个能级 s和p n n l 0 1 n 1 l有 个值 有n个能级 3 磁量子数m无外加磁场的一条谱线在外加磁场时分裂为 条 对每个确定的l m可取0 1 2 l共 个值 n l m共同确定了原子核外电子的 4 自旋磁量子数ms 一 0 1 两 两 n 多 2l 1 空间运动状态 自旋运动 两 氢原子光谱呈线状光谱的原因是什么 提示根据玻尔理论 氢原子的一个电子通常在能量最低的轨道 基态 上运动 不释放能量 但当氢原子受到激发 加热或氢气放电管放电 时 核外电子获得能量 即由基态跃迁至激发态 而处于激发态的电子极不稳定 它会迅速再跃迁至基态 在此跃迁过程中以光子的形式放出辐射能 发射出光子的频率取决于电子跃迁两轨道能级之差 由于各轨道的能量是不连续的 即量子化的 所以由电子的跃迁而发射出的光的频率也是不连续的 这便是氢原子光谱呈线状光谱的原因 线状光谱与连续光谱在谱线特征上有所不同 线状光谱是不连续的 连续光谱是连续的 彼此之间的关系为e0 h e e末 e始 慎思1 量子数与原子轨道有何关系 提示 慎思2 能层与能级的关系是如何的 提示 1 不同能层的能级组成 任一能层的能级总是从s能级开始 能层的能级数等于该能层的序数 第一能层只有1个能级 1s 第二能层有2个能级 2s和2p 第三能层有3个能级 3s 3p和3d 依此类推 2 不同能层中各能级之间的能量大小关系 不同能层中同一能级 能层序数越大能量越高 例如 1s 2s 3s 2p 3p 4p 同一能层中 各能级之间的能量大小关系是s p d f 例如 第四能层中4s 4p 4d 4f 能层和形状都相同的原子轨道的能量相等 例如 2px 2py 2pz 慎思3 警示 并不是高能层的所有能级的能量都比低能层的能级的能量高 例如 4s 3d 不同能层 能级可容纳的最多电子数的解释 提示 1 依据 每个原子轨道最多只能容纳2个电子 不同能级含有原子轨道个数及最多可容纳的电子数见下表 慎思4 2 不同能层 能级最多容纳电子数见下表 原子结构认识的演变过程原子结构模型简明形象地表示出了人类对原子结构认识逐步深化的演变过程 1 道尔顿原子模型 1803年 原子是组成物质的基本的粒子 它们是坚实的 不可再分的实心球 2 汤姆逊原子模型 1903年 原子是一个平均分布着正电荷的粒子 其中镶嵌着许多电子 中和了正电荷 从而形成了中性原子 要点一 氢原子光谱和玻尔原子结构模型 1 3 卢瑟福原子模型 1911年 在原子的中心有一个带正电荷的核 它的质量几乎等于原子的全部质量 电子在它的周围沿着不同的轨道运转 就像行星环绕太阳运转一样 4 玻尔原子模型 1913年 电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动 5 电子云模型 1927年 1935年 现代物质结构学说 现在 科学家已能利用电子显微镜和扫描隧道显微镜拍摄表示原子图像的照片 随着现代科学技术的发展 人类对原子的认识过程还会不断深化 光谱和玻尔的原子结构模型原子光谱 光 辐射 是电子释放能量的重要形式之一 不同元素的原子发生跃迁时会吸收或释放不同的光 可以用光谱仪摄取各种元素电子的吸收光谱或发射光谱 总称原子光谱 丹麦科学家玻尔在核式原子模型的基础上提出了核外电子分层排布的原子结构模型 玻尔的原子结构模型的基本观点是 1 原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动 并且不辐射能量 2 2 不同轨道上的电子具有不同的能量 e 而且能量是量子化的 不能任意连续变化而只能取某些不连续的数值 轨道能量依n值 1 2 3 的增大而升高 n称为量子数 对氢原子而言 电子处在n 1的轨道时能量最低 称为基态 能量高于基态的状态 称为激发态 3 只有当电子从一个轨道 能量为ei 跃迁到另一个轨道 能量为ej 时 才会辐射或吸收能量 如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来 就形成了光谱 4 玻尔的核外电子分层排布的原子结构模型成功地解释了氢原子光谱是线状光谱的实验事实 玻尔的重大贡献在于指出原子光谱源自核外电子在能量不同的轨道之间的跃迁 而电子所处的轨道的能量是量子化的 玻尔理论不能解释 a 氢原子光谱为线状光谱b 在一给定的稳定轨道上 运动的核外电子不辐射能量c 氢原子的可见光区谱线d在有外加磁场时氢原子光谱有多条谱线解析玻尔理论是针对原子的稳定存在和氢原子光谱为线状光谱的事实提出的 有外加磁场时氢原子有多条谱线 玻尔的原子结构模型已无法解释这一现象 必须借助量子力学加以解释 答案d 例1 氢原子光谱是元素的所有光谱中最简单的光谱 玻尔理论成功地解释了氢原子光谱 但对多电子原子的光谱却遇到困难 2012 山东泰安一中高二月考 对充有氖气的霓虹灯管通电 灯管发出红色光 产生这一现象的主要原因是 a 电子由激发态向基态跃迁时以光的形式释放能量b 电子由基态向激发态跃迁时吸收除红光以外的光线c 氖原子获得电子后转变成发出红光的物质d 在电流的作用下 氖原子与构成灯管的物质发生反应解析霓虹灯之所以能发光 是因为电子吸收能量后跃迁到能量较高的轨道 能量较高轨道上的电子会很快以光的形式辐射能量而跃迁回能量较低的轨道 答案a 体验1 原子轨道与四个量子数根据量子力学理论 原子中的单个电子的空间运动状态可以用原子轨道来描述 而每个原子轨道由三个只能取整数的量子数n l m共同描述 1 主量子数 主量子数n 决定轨道能量的高低 主量子数n1234567 电子层符号klmnopq氢原子核外只有一个电子 不存在电子之间的相互作用 能量只决定于主量子数n 要点二 量子力学对原子核外电子运动状态的描述 1 2 角量子数 l 决定原子轨道或电子云的形状 与电子运动的轨道角动量有关 l01234 能级符号spdfg 轨道形状球形哑铃形花瓣形 3 磁量子数 科学实验发现 在没有外磁场时 量子数n l相同的状态的能量是相同的 有外磁场时 我们用磁量子数m来标记这些状态 对于每一个确定的l m值可取0 1 2 l 共 2l 1 个值 利用三个量子数可以描述一个电子的空间运动状态 即可将一个原子轨道描述出来 自旋方向 顺时针逆时针 主量子数n对应着电子层 主量子数n和角量子数l对应着n电子层中的能级 主量子数n 角量子数l和磁量子数m对应着n电子层中l能级中的原子轨道 自旋磁量子数ms描述的是电子的自旋性质 这样 原子中的电子运动状态可用由量子数n l m确定的原子轨道来描述 并取两种自旋状态中的一种 所以 描述一个电子的运动状态 要用四个量子数 n l m和ms 下列电子层不包含p能级的是 a n电子层b k电子层c l电子层d m电子层解析本题考查了能级与主量子数n和角量子数l的关系 解题时要注意主量子数n不同时 角量子数l的取值不同 k层只包括s能级 l层只包括s p能级 答案b 例2 下列各电子层中不包含d能级的是 a n电子层b m电子层c l电子层d k电子层解析本题考查学生对四个量子数的掌握情况 在一个多电子的原子中 若两个电子所占据原子轨道的n l相同 就表明这两个电子具有相同的能量 我们就用能级来表达n l的相同的电子运动状态 对于确定的n值 l的取值就有n个 0 1 2 3 n 1 对应符号为s p d f 所以 当n 1 k电子层 时 l 0 即为s能级 当n 2 l电子层 时 l 0 1即为s能级和p能级 当n 3 m 体验2 电子层 时 l 0 1 2 即为s能级 p能级和d能级 当n 4 n电子层 时 l 0 1 2 3 即为s能级 p能级 d能级和f能级 答