原子结构和元素周期律

1、第一章 原子结构和元素周期律教学目的： 掌握原子量、元素、同位素、电子云、四个量子数、原子轨道的根本概念和四个 量子数的物理意义、相互关系及取值范围；掌握核外电子填充原那么 ；了解并领会 原子核外电子排布与元素周期律。教学重点：原子核外电子的运动状态原子轨道和电子云；四个量子数主量子数n,角量 子数I ,磁量子数m和自旋量子数ms的概念、物理意义、相互关系及取值范围； 原子核外电子排布与元素周期律。教学难点：核外电子填充原理： 能量最低原理、 保里不相容原理和洪特规那么； 四个量子数 主 量子数n，角量子数I，磁量子数m和自旋量子数m的相互关系及取值范围。第一节 人类对原子的认识一、原子学说的

2、提出19世纪初英国科学家 DaIton J 提出了原子学说，他认为物质由原子组成。 同一种元素的原子质量、形状和性质完全相同，不同元素的原子那么不相同。二、原子模型的提出1911 年英国物理学家 Rutherford E 通过 a 粒子散射实验提出原子由原子 核和核外电子组成，原子核带正电荷，并位于原子中心，电子带负电荷，在原子 核周围空间做高速运动。三、原子核、质子、中子、核电荷数、核外电子数原子核由带正电荷的质子和不带电荷的中子组成。 核电荷数由质子数决定，核电荷数的符号为 z： 核电荷数 z= 质子数=核外电子数四、原子量、质量数、质子数、中子数1. 由于电子、质子、中子以及原子质量都很

3、小，计算不方便，因此,通常用它们的相对质量来讣r国际上选用池二12作为原子量标槪即 以一个原子的质量1.9927 x 10-26kg的1/12定义为原子质量单位 atomicm mass unit , u , 1u=1.6605402 x 10-27kg。2. 如果电子的质量忽略不计，原子的相对质量的整数局部就等于质子相对质量取整数和中子相对质量取整数之和，这个数值叫做质量数，用符号 A表示, 中子数用符号N表示，那么 质量数A=质子数z+中子数N原子核归纳起来、如以:X代表一个质量数为A,质子数为Z的原子，那么质子r个中子A-z个榊卜电子込个五、元素、同位素元素：具有相同质子数即核电荷的同一

4、类原子的总称为元素。同位素：同种元素的原子的质子数相同，但中子数不一定相同，因此其质量数也可以不相同，这些具有相同质子数而有不同质量数的原子互为同位素。例如氢元素有3种同位素：冋：筋时比分别称为分别称为氢氕、重氢氘和超重氢氚第二节 核外电子的运动状态一、电子云的概念对一个电子屡次的行为或许多电子的一次行为进行总的研究，可以统计出电子在核外空间某单位体积中出现时机的多少，这个时机在数学上称为概率密度。 例如氢原子核外有一个电子，这个电子在核外好似是毫无规那么地运动， 一会儿在 这里出现，一会儿在那里出现，但是对千百万个电子的运动状态统计而言， 电子 在核外空间的运动是有规律的，在一个球形区域里经

5、常出现，如一团带负电荷的 云雾，笼罩在原子核的周围，人们称之为电子云。二、四个量子数、原子轨道电子的运动状态可以用四个量子数来规定。主量子数 n,角量子数I，磁量 子数m和自旋量子数ms自旋量子数ms规定电子自旋运动状态原子轨道：n，I和m三个量子数确定电于在空间运动的轨道，称为原子轨 道。1 .主量子数n 它规定了核外电子离核的远近和电子能量的上下。由近及 远，由低至高，n可取正整数1, 2, 3, 4n值越大，表示电子离原子核越远， 能量越高。反之，n越小，那么电子离核越近，能量越低。2. 角量子数I 它规定电子在原子核外出现的概率密度随空间角度的变化，即决定原子轨道或电子云的形状。I可取

6、小于n的正整数，即0, 1, 2,， n-1，如n=4, I可以是0, 1, 2, 3,相应的符号是s, P, d, f，-3. 磁量子数m 它规定电子运动状态在空间伸展的取向。 m的数值可取0, 1, 2,，土 I。对某个运动状态可有21+1个伸展方向。s轨道的I=0，所 以只有一种取向，它是球对称的。P轨道I=1 , m=-1, 0, +1,所以有三种取向， 用px, py和pz表示。4. 自旋量子数m 电子除绕原子核运动外，它本身还做自旋运动。电子自旋运动有顺时针和这吋针两个方亂分别用叫二+ 和叫/ 士表示，也 常用T和J符号表示自旋方向相反的电子。三、核外电子排布多电子原子的核外电子排

7、布可用四个量子数描述，它们遵循以下三条原理。保里不相容原理在一个原子中没有两个电子具有完全相同的四个量子数。 或者说一个原子轨 道上最多只能排两个电子，而且这两个电子自旋方向必须相反。因此一个s轨道 最多只能有2个电子，p轨道最多可以容纳6个电子。能量最低原理自然界一个普遍的规律是“能量越低越稳定。原子中的电子也是如此。在 不违反保里原理的条件下，电子优先占据能量较低的原子轨道，使整个原子体系 能量处于最低，这样的状态是原子的基态。洪特规那么在能量相等的轨道上， 自旋平行的电子数目最多时， 原子的能量最低。 所以 在能量相等的轨道上，电子尽可能自旋平行地多占不同的轨道。作为洪特规那么的补充，

8、能量相等的轨道全充满、 半克满或全空的状态比拟稳第三节 元素周期律现在的 111种元素在周期表里各就各位，有条不紊，横向分为 7 个周 期纵向分为18列，其中12和1318列(即I A毗A)为主族元素，第3 12列(即川BU B)为副族元素。主族元素的族数 =原子的最外层电子数目 =主族元素的最高化合价数一、元素的周期性质原子核外电子排布具有周期性变化规律， 因此与原子结构有关的一些元素性 质如电离能、电子亲和能和电负性等也随之呈现显著的周期性。电离能 (I) 气态原子失去一个电子成为一份气态正离子所需吸收的能量称 为原子的第一电离能 (I 1)，即A(g)+I1 A+ (g)+e-电子亲和能 (Y) 气态原子获得一个电子成为一价负离子时所放出的能量， 称为电子亲和能，即A(g)+e