原子结构模型

1、2021/3/111 2021/3/112 2021/3/113 绚丽壮观的焰火增加了节日欢乐的气氛，绚丽壮观的焰火增加了节日欢乐的气氛， 都市夜空色彩夺目的美景会给你留下不可磨都市夜空色彩夺目的美景会给你留下不可磨 灭的记忆。你是否想过，这给你带来惊异和灭的记忆。你是否想过，这给你带来惊异和 欢乐的美景是如何产生的？是什么产生了这欢乐的美景是如何产生的？是什么产生了这 不同颜色的光？不同颜色的光？ 这一节内容的学习，将会帮助我们揭这一节内容的学习，将会帮助我们揭 开其中的秘密。开其中的秘密。 2021/3/114 一、原子结构理论发展史：一、原子结构理论发展史： 2021/3/115 道道

2、尔尔 顿顿 原原 子子 模模 型型 1919世纪初，英国科学家世纪初，英国科学家道尔顿道尔顿提提 出近代出近代原子学说原子学说，他认为原子是，他认为原子是 微小的不可分割的实心球体微小的不可分割的实心球体。 一、一、 人类认识原子的历史 2021/3/116 人类认识原子的历史 1903年，汤姆逊年，汤姆逊发现电子发现电子，并提出，并提出 原子结构的原子结构的“葡萄干布丁葡萄干布丁”模型，开模型，开 始涉及原子内部的结构始涉及原子内部的结构 2021/3/117 卢卢 瑟瑟 福福 原原 子子 模模 型型 人类认识原子的历史 19111911年，卢瑟福根据年，卢瑟福根据 粒子散射实验粒子散射实验

3、，提，提 出出“核式核式”原子结构原子结构 模型模型 2021/3/118 2021/3/119 根据已经知道的电磁运动的规律，电子在运动的 时候会放出电磁波（能量）。因此，绕着原子核旋转 的电子，因为能量逐渐减小，应当沿着一条螺旋形的 轨道转动，离中心的原子核越来越近，最后碰在原子 核上。这样一来，原子就被破坏了。 实际上，原子很稳定，有一定大小，并没有发生 这种电子同原子核碰撞的情况。这又怎样解释呢？ 2021/3/1110 波波 尔尔 原原 子子 模模 型型 人类认识原子的历史 19131913年，玻尔建立了年，玻尔建立了核外电子分层排布核外电子分层排布 的原子结构模型的原子结构模型 2

4、021/3/1111 德谟克利特：朴素原子观德谟克利特：朴素原子观 道尔顿：原子学说道尔顿：原子学说 汤姆生：汤姆生：“葡萄干布丁葡萄干布丁” ” 模型模型 卢瑟福：卢瑟福： 原子结构的核式模型原子结构的核式模型 玻尔：核外电子分层排布的原玻尔：核外电子分层排布的原 子结构模型子结构模型 现代量子力学模型现代量子力学模型 1803 1903 1911 1913 1926 2021/3/1112 核外电子的运动状态是怎样的？核外电子的运动状态是怎样的？ 科学家通过研究光谱现象，进一步研究核科学家通过研究光谱现象，进一步研究核 外电子的运动状态。外电子的运动状态。 通过实验表明氢原子光谱是线状光谱

5、通过实验表明氢原子光谱是线状光谱 玻尔利用核外电子分层排布的原子结构模玻尔利用核外电子分层排布的原子结构模 型成功的解释了这一实验事实。型成功的解释了这一实验事实。 2021/3/1113 1 1）运动轨迹）运动轨迹 原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道（orbit） 上绕核运动时，并不吸收能量，也不辐射能量，电 子处于定态。 不同轨道上运动的电子具有不同的能量，而且能量 是量子化的，即“一份一份”的，不能任意连续变 化而只能取某些不连续的值 2 2）能量分布）能量分布 了解几个概念了解几个概念 2021/3/1114 3）电子跃迁）电子跃迁 电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，就要吸 收或放出能

6、量，两个定态的能量差为 E。如能 量以光辐射的形式表现出来，就形成了光谱。 2021/3/1115 为什么氢光谱是线状光谱？为什么氢光谱是线状光谱？ n=4 n=3 n=2 n=1 吸收能量 释放能量 氢原子从一个电子氢原子从一个电子 层跃迁到另一个电层跃迁到另一个电 子层时，吸收或释子层时，吸收或释 放一定的能量，就放一定的能量，就 会吸收或释放一定会吸收或释放一定 波长的光，波长的光， 所以得到线状光谱所以得到线状光谱 2021/3/1116 回过头来看玻尔的理论 玻尔原子结构模型玻尔原子结构模型 （1 1）行星模型）行星模型 点拨：这里的点拨：这里的“轨道轨道”实际上就是我们现在所说的电

7、子层。实际上就是我们现在所说的电子层。 （2 2）定态假设）定态假设 点拨：玻尔原子结构理论认为：点拨：玻尔原子结构理论认为：同一电子层上的电子能量完全相同同一电子层上的电子能量完全相同。 （3 3）量子化条件）量子化条件 点拨：量子化条件的内涵是点拨：量子化条件的内涵是 各电子层能量差的各电子层能量差的不连续性不连续性。 （4 4）跃迁规则）跃迁规则 原子光谱产生的原因：原子光谱产生的原因：电子由激发态跃迁到基态会释放出能量，电子由激发态跃迁到基态会释放出能量， 这种能量以光的形式释放出来，所以就产生光谱这种能量以光的形式释放出来，所以就产生光谱。 氢原子光谱是线状光谱的原因：氢原子上的电子

8、由氢原子光谱是线状光谱的原因：氢原子上的电子由n=2n=2的激发态的激发态 跃迁到跃迁到n=1n=1的基态，与从的基态，与从n=3n=3的激发态跃迁到的激发态跃迁到n=2n=2的激发态，释放的激发态，释放 出的能量不同，因此产生光的波长不同。出的能量不同，因此产生光的波长不同。 2021/3/1117 1、玻尔原子结构模型要点：、玻尔原子结构模型要点： （1）电子在具有确定半径圆周轨道上绕）电子在具有确定半径圆周轨道上绕原原 子核子核运动，并且运动，并且不辐射能量不辐射能量； （2）在）在不同轨道上不同轨道上运动的运动的电子电子具具有不同有不同的的 能量能量，能量是，能量是量子化量子化的。的。

9、 （3）电子发生跃迁电子发生跃迁时，才会时，才会不连续不连续的辐射的辐射 或吸收能量或吸收能量 一、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型一、氢原子光谱和玻尔的原子结构模型 贡献？贡献？ 2021/3/1118 运动物体运动物体汽车汽车炮弹炮弹人造卫星人造卫星宇宙飞船宇宙飞船电子电子 速率（速率（Km/S)0.0327.8112200 核外电子的核外电子的 运动特征：运动特征： 乒乓球直径乒乓球直径核外电子运动空间范围核外电子运动空间范围 4 10-2 mn 10-10 m 质量小，运动空间极小质量小，运动空间极小 无固定运动轨迹无固定运动轨迹 速度极快、永不停止速度极快、永不停止 这说明核外电子的运

10、动不能用经典的运动学和力学这说明核外电子的运动不能用经典的运动学和力学 来描述（不能同时准确地测定它的位置和速度），来描述（不能同时准确地测定它的位置和速度）， 科学家采用统计的方法来描述电子在原子核外某一科学家采用统计的方法来描述电子在原子核外某一 区域出现机会的多少。区域出现机会的多少。 二、原子核外电子的运动特征二、原子核外电子的运动特征 2021/3/1119 小黑点的小黑点的疏密疏密表示电子在表示电子在核外空间单核外空间单 位体积内位体积内出现的出现的概率概率的大小。的大小。 氢原子的电子云氢原子的电子云 2021/3/1120 电子云中的小黑点意义：电子云中的小黑点意义： 每个小黑

11、点每个小黑点并不表示原子核外的一个并不表示原子核外的一个 电子电子, ,而是表示电子而是表示电子在此空间出现的机会在此空间出现的机会 （或概率）（或概率）。 电子云密度大电子云密度大的区域说明的区域说明电子出现的电子出现的 机会多机会多，而电子云而电子云密度小密度小的区域说明的区域说明电子出电子出 现的机会少。现的机会少。 电子云：电子云： 用单位体积内小点的疏密程度来描述核外电用单位体积内小点的疏密程度来描述核外电 子在原子核外单位体积空间出现的概率的大小所子在原子核外单位体积空间出现的概率的大小所 得的图形叫做电子云。（一般用小黑点表示）得的图形叫做电子云。（一般用小黑点表示） 2021/

12、3/1121 问题：问题： 不同元素的原子所含有的电子数是不同的，不同元素的原子所含有的电子数是不同的， 在多电子的原子中，各个电子在原子核外在多电子的原子中，各个电子在原子核外 的运动状态是否相同呢？各个电子具有的的运动状态是否相同呢？各个电子具有的 能量是否一样呢？能量是否一样呢？ 2021/3/1122 电子层：电子层： K L M N O P Q 离核远近：离核远近：近近 远远 能量高低：能量高低：低低 高高 1234567 KLMNOPQ 1.电子层：电子层：按电子能量的高低及离核远近划分按电子能量的高低及离核远近划分 2021/3/1123 2. 2. 能级能级 量子力学研究表明，

13、处于同一电子层的原量子力学研究表明，处于同一电子层的原 子核外电子，所具有的能量也可能不相同，电子核外电子，所具有的能量也可能不相同，电 子云的形状可能不完全相同，因此，对同一个子云的形状可能不完全相同，因此，对同一个 电子层，还可分为若干个能级。电子层，还可分为若干个能级。 n=1时，有时，有1个个s能级能级 n=2时，有时，有1个个s能级和能级和1个个p能级能级 n=3时，有时，有1个个s能级、能级、1个个p能级和能级和1个个d能级能级 n=4时，有时，有1个个s能级、能级、1个个p能级、能级、1个个d能级和能级和1 个个f能级能级 2021/3/1124 3. 3. 原子轨道原子轨道 原

14、子中的单个电子的空间运动状态用原子原子中的单个电子的空间运动状态用原子 轨道表示。轨道表示。 轨道的轨道的类型不同类型不同，轨道的，轨道的形状也不同形状也不同 用用s s、p p、d d、f f分别表示不同形状的轨道分别表示不同形状的轨道 形状相同形状相同的原子轨道在原子核外空间还有的原子轨道在原子核外空间还有不不 同的伸展方向同的伸展方向 2021/3/1125 电子层序数越大原子轨道的半径越大电子层序数越大原子轨道的半径越大 所有的所有的S能级原子轨道都是能级原子轨道都是 形的，形的， 球球 1 S能级只有能级只有 个轨道个轨道 S S能级的原子轨道图能级的原子轨道图 2021/3/112

15、6 P的原子轨道是的原子轨道是 形形 每个每个P能级有能级有_个轨道，它们互相垂直，个轨道，它们互相垂直， 分别以分别以_、_、_为符号为符号 这三个轨道的能量相等这三个轨道的能量相等。 哑铃（或纺锤）哑铃（或纺锤） P原子轨道的平均半径也随能层序数增大而原子轨道的平均半径也随能层序数增大而_ 3 3 PzPyPx 增大增大 x y z x y z x y z P P能级的原子轨道能级的原子轨道 2021/3/1127 d d能级的原子轨道有能级的原子轨道有5 5个个. . d d 能能 级级 的的 原原 子子 轨轨 道道 f f能级的原子轨道有能级的原子轨道有7 7个个. . 2021/3/

16、1128 （1）原子轨道的类型）原子轨道的类型 s原子轨道是原子轨道是球球形的，形的，p原子轨道是原子轨道是纺锤纺锤形的；形的； s轨道是球形对称的，所以只有轨道是球形对称的，所以只有1个轨道；个轨道； p轨道在空间上有轨道在空间上有x、y、z三个伸展方向，所三个伸展方向，所 以以p轨道包括轨道包括px、py、pz 3个轨道；个轨道； d轨道有轨道有5个伸展方向（个伸展方向（5个轨道）个轨道） f轨道有轨道有7个伸展方向（个伸展方向（7个轨道）个轨道） ； 2021/3/1129 为了表明原子核外电子所在的轨道，人为了表明原子核外电子所在的轨道，人 们将表示电子层的们将表示电子层的n n和表示

17、原子轨道形和表示原子轨道形 状的状的s s、p p、d d、f f结合起来表示轨道。结合起来表示轨道。 例如：当例如：当n=1时，有时，有1个原子轨道，记作个原子轨道，记作1s 当当n=2时，有时，有4个原子轨道，记作个原子轨道，记作2s、2px、2py、2pz 当当n=3时，有时，有9个原子轨道，记作个原子轨道，记作3s、3px、3py、3pz 和和5个个d轨道。轨道。 2021/3/1130 电子层电子层 原子轨原子轨 道类型道类型 原子轨道原子轨道 类型数目类型数目 可容纳的可容纳的 电子数目电子数目 1 11s1s 2 22s2s，2p2p 3 33s3s，3p3p，3d3d 4 4

18、4s4s，4p4p，4d4d， 4f4f n n 12 48 918 1632 n22n2 （2）各电子层包含的原子轨道数及所各电子层包含的原子轨道数及所 最多容纳的电子数最多容纳的电子数 2021/3/1131 （3 3）各种原子轨道的能量高低：）各种原子轨道的能量高低： 电子层和形状相同的原子轨道的能量相等，电子层和形状相同的原子轨道的能量相等， 如如2px、2py、2pz轨道的能量相等。轨道的能量相等。 相同电子层上原子轨道能量的高低：相同电子层上原子轨道能量的高低： ns np nd nf 形状相同的原子轨道能量的高低：形状相同的原子轨道能量的高低： 1s 2s 3s 4s 在多电子原

19、子中，电子填充原子轨道时，在多电子原子中，电子填充原子轨道时， 原子轨道能量的高低存在如下规律：原子轨道能量的高低存在如下规律： 2021/3/1132 4. 4.电子的自旋电子的自旋 原子核外电子还有一种称为原子核外电子还有一种称为“自旋自旋”的的 运动。在同一原子轨道里，原子核外电运动。在同一原子轨道里，原子核外电 子的自旋子的自旋有两种不同的状态有两种不同的状态，通常用向，通常用向 上箭头上箭头“”和向下的箭头和向下的箭头“”来表示来表示 这两种不同的自旋状态。这两种不同的自旋状态。 2021/3/1133 总总 结：结： 对多电子原子而言，核外电子的运动特征是：对多电子原子而言，核外电

20、子的运动特征是： 人们根据电子的能量差异和主要运动区域的不人们根据电子的能量差异和主要运动区域的不 同，认为核外电子分别处于不同的电子层上。同，认为核外电子分别处于不同的电子层上。 这些电子层分别是：这些电子层分别是：K、L、M、N等等. 处于同一电子层的核外电子，可以在不同类型处于同一电子层的核外电子，可以在不同类型 的原子轨道上运动。有四种不同的原子轨道分的原子轨道上运动。有四种不同的原子轨道分 别用别用s、p、d、f表示不同形状的轨道。表示不同形状的轨道。 形状相同的原子轨道在原子核外空间还有不同形状相同的原子轨道在原子核外空间还有不同 的伸展方向。的伸展方向。S轨道有一种伸展方向，轨道有一种伸展方向，p轨道有轨道有 3种、种、d轨道轨道5种、种、f轨道轨道7种。种。 核外电子的自旋有两种不同的自旋状态，通常核外电子的自旋有两种不同的自旋状态，通常 用向上箭头用向上箭头“”和向下的箭头和向下的箭头“”来表示这来表示这 两种不同的自旋状态。两种不同的自旋状态。 2021/3/1134 处于同一电子层的原子核外电子，也可以处于同一电子层的原子核外电子，也可以 在不同类型的在不同类型的 上运动。上运动。 这这 些些 不同，不同， 也不同。也不同。 s轨道是轨道是 对称的对称的,所以所以s轨道有轨道有 个原个原 子轨道；子轨道；p轨道在空间有轨道在