化学原子结构

1、“原子原子”概念的提出概念的提出l朴素的认识论：世界万物由朴素的认识论：世界万物由水、空气、土、火等构成水、空气、土、火等构成l战国时期：墨子提出物质被战国时期：墨子提出物质被分割是有条件的。不能再被分割是有条件的。不能再被分割的部分，称为分割的部分，称为“端端”l古典原子论古典原子论-古希腊哲学家德古希腊哲学家德谟克利特提出：万物由原子谟克利特提出：万物由原子构成，原子是物质世界的共构成，原子是物质世界的共同基础，不能再分割。同基础，不能再分割。近近代代原原子子论论发发现现电电子子带核原子结构模型带核原子结构模型轨道原子结构模型轨道原子结构模型近代科学原子论（近代科学原子论（18031803

2、年）年） 一切物质都是由最小的一切物质都是由最小的不能再分的粒子不能再分的粒子原原子构成。子构成。 原子模型：原子是坚实原子模型：原子是坚实的、不可再分的实心球。的、不可再分的实心球。英国化学家道尔顿英国化学家道尔顿（J.Dalton , 17661844)J.Dalton , 17661844)道尔顿原子模型道尔顿原子模型原子并不是构成物质的最小微粒原子并不是构成物质的最小微粒 汤姆生发现了电子汤姆生发现了电子(1897(1897年年) ) 电子是种带负电、有一电子是种带负电、有一定质量的微粒，普遍存定质量的微粒，普遍存在于各种原子之中。在于各种原子之中。 汤姆生原子模型汤姆生原子模型：原子

3、：原子是一个平均分布着正电是一个平均分布着正电荷的粒子，其中镶嵌着荷的粒子，其中镶嵌着许多电子，中和了电荷，许多电子，中和了电荷，从而形成了中性原子。从而形成了中性原子。原子是一个球体，正电原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体荷均匀分布在整个球体内，电子像面包里的葡内，电子像面包里的葡萄干镶嵌其中萄干镶嵌其中。英国物理学家汤姆生英国物理学家汤姆生（J.J.Thomson ,18561940J.J.Thomson ,18561940）汤姆生原子模型汤姆生原子模型汤姆生葡萄干面包模型汤姆生葡萄干面包模型粒子散射实验（粒子散射实验（19091909年）年）原子有核原子有核 卢瑟福和他的助卢瑟福和

4、他的助手做了著名手做了著名粒粒子散射实验子散射实验。根。根据实验，卢瑟福据实验，卢瑟福在在19111911年提出原年提出原子有核模型。子有核模型。英国科学家卢瑟福英国科学家卢瑟福（E.Rutherford,18711937)E.Rutherford,18711937)卢卢瑟福瑟福原子模型原子模型结果：大多数结果：大多数粒子散射角很小，约粒子散射角很小，约1/8000散射大于散射大于90； 极个别的散射角等于极个别的散射角等于180。 极少数极少数粒子的大角度偏转粒子的大角度偏转 卢卢瑟福瑟福原子模型原子模型卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型（又称行星原子模（又称行星原子模型）：型）：原子是由居于原原

5、子是由居于原子中心的带正电的原子子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子核和核外带负电的电子构成。原子核的质量几构成。原子核的质量几乎等于原子的全部质量，乎等于原子的全部质量，电子在原子核外空间绕电子在原子核外空间绕核做高速运动。核做高速运动。玻尔原子模型（玻尔原子模型（19131913年）年） 玻尔借助诞生不久的量玻尔借助诞生不久的量子理论改进了卢瑟福的子理论改进了卢瑟福的模型。模型。 玻尔原子模型玻尔原子模型（又称分（又称分层模型）：层模型）：当原子只有当原子只有一个电子时，电子沿特一个电子时，电子沿特定球形轨道运转；当原定球形轨道运转；当原子有多个电子时，它们子有多个电子时，它们将分布在

6、多个球壳中绕将分布在多个球壳中绕核运动。核运动。 不同的电子运转轨道是不同的电子运转轨道是具有一定级差的稳定轨具有一定级差的稳定轨道。道。丹麦物理学家玻尔丹麦物理学家玻尔（N.Bohr,18851962)N.Bohr,18851962)玻尔原子模型玻尔原子模型玻尔原子模型电子云模型电子云电子云 现代科学家们在实验中发现，电子在原现代科学家们在实验中发现，电子在原子核周围有的区域出现的次数多，有的子核周围有的区域出现的次数多，有的区域出现的次数少。电子在核外空间的区域出现的次数少。电子在核外空间的概率分布图就像概率分布图就像“云雾云雾”笼罩在原子核笼罩在原子核周围。因而提出了周围。因而提出了“电

7、子云模型电子云模型”。 电子云密度大的地方，表明电子在核外电子云密度大的地方，表明电子在核外单位体积内出现的机会多，反之，出现单位体积内出现的机会多，反之，出现的机会少。的机会少。 氢原子的电子云氢原子的电子云各种电子云各种电子云二、原子的构成二、原子的构成原子原子原子核原子核核外电子核外电子 质子质子 中子中子原子中的等式关系原子中的等式关系核电荷数核电荷数 = 质子数质子数= 电子数电子数=质量数质量数质子数质子数 +中子数中子数(A)(Z)(N)=原子序数原子序数元素符号各角标的意义元素符号各角标的意义XZ质子数质子数A质量数质量数c原子个数原子个数b离子电荷离子电荷a化合价化合价原子表

8、示方法：原子表示方法：2.原子符号：原子符号：XZAO8161.元素符号：元素符号：例：例：质量数为质量数为16、质子数为、质子数为8的氧原子的氧原子还可以求出这种氧原子的什么数？还可以求出这种氧原子的什么数？中子数为中子数为8由于质子数确定以上氧原子也可以写成：由于质子数确定以上氧原子也可以写成：O16同位素同位素 特点：特点：拓展：同位素原子的应用碳十四测年法：又称放射性同位素（碳素）断代法 ：如果生物体一旦死亡，14C得不到补充，其中的14C含量就按放射性衰变规律减少，经过5730年减少为原来的一半。因此可以计算出生物与大气停止交换的年代，即推算出生物死亡的年代。所以，一切死亡的生物体中

9、的残存有机物以及未经风化的骨片、贝壳等都可用14C来测定年代。 拓展：拓展：同位素原子的应用同位素原子的应用235U是制造原子弹的材料和核反应堆是制造原子弹的材料和核反应堆的燃料：的燃料： 铀是自然界的稀有化学元素，具有放射铀是自然界的稀有化学元素，具有放射性。铀主要含三种同位素，性。铀主要含三种同位素，238U、235U和和234U，但只有，但只有235U是可裂变核元素是可裂变核元素。1945年美军投下的广岛年美军投下的广岛原子弹，总重量为原子弹，总重量为440公斤，公斤，235U含量为含量为45公公斤，当中只有斤，当中只有1公斤公斤235U发生核分裂，反应中又发生核分裂，反应中又只有只有1

10、克的质量克的质量(约如一约如一小块巧克力重小块巧克力重)转化成能转化成能量，但其威力已相当于量，但其威力已相当于16万公吨黄色炸药发生万公吨黄色炸药发生爆炸，摧毁整个城市。爆炸，摧毁整个城市。 拓展：拓展：同位素原子的应用同位素原子的应用放射性同位素示踪技术的应用：放射性同位素示踪技术的应用：利用微量半衰期较短的放射性同位素动利用微量半衰期较短的放射性同位素动态追踪、示踪物质的运动过程及规律，态追踪、示踪物质的运动过程及规律，是常规化学分析方法无法比拟的，具有是常规化学分析方法无法比拟的，具有不可替代的优势。这一技术已广泛用于不可替代的优势。这一技术已广泛用于医药、农药、兽药、肥料等。医药、农

11、药、兽药、肥料等。特点：灵敏度高、方法简单、定位定量特点：灵敏度高、方法简单、定位定量准确、符合生理条件。准确、符合生理条件。几个概念辨析几个概念辨析a.a.同位素原子的相对原子质量同位素原子的相对原子质量b.b.同位素原子的近似相对原子质量同位素原子的近似相对原子质量c.c.元素平均相对原子质量元素平均相对原子质量d.d.元素近似平均相对原子质量元素近似平均相对原子质量相对原子质量的计算相对原子质量的计算定义：相对质量定义：相对质量=原子质量原子质量碳碳-12原子质量的原子质量的1/12构成原子的粒子构成原子的粒子 电子电子质子质子中子中子质量质量/kg 9.04110-31 1.67310

12、-271.67510-27相对质量相对质量0.0005451.0071.008改进方法：改进方法：相对原子质量相对原子质量=1.007质子数质子数+1.008中子数中子数近似相对原子质量近似相对原子质量：相对原子质量近似整数值：相对原子质量近似整数值也可表示为也可表示为质量数质量数=质子数质子数+中子数中子数元素的相对原子质量元素的相对原子质量 一种元素如果有多种同位素原子，则这种一种元素如果有多种同位素原子，则这种元素的相对原子质量是各种同位素相对原元素的相对原子质量是各种同位素相对原子质量的子质量的平均值平均值。各同位素的相对原子质量各同位素的相对原子质量A=A=A A1 1 A A2 2

13、 各同位素所占的原子百分率各同位素所占的原子百分率对电子的描述对电子的描述 质量极小质量极小 （9.10951031kg） 在原子内作高速运动在原子内作高速运动 没有确定的运动轨迹没有确定的运动轨迹三、原子核外电子排布三、原子核外电子排布能层与能级能层与能级（1 1）能层）能层电子层电子层在多电子的原子核外电子的能量是不同的，按在多电子的原子核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的电子的能量差异，可以将核外电子分成不同的能层。能层。依据核外电子的能量不同：依据核外电子的能量不同：离核远近：离核远近：近近 远远 能量高低：能量高低：低低 高高核外电子分层排布核外电子分层

14、排布1234567KLMNOPQ（2 2）能级）能级电子亚层电子亚层在多电子原子中，同一能层的电子，能量可在多电子原子中，同一能层的电子，能量可以不同，还可以把它们分成能级，或电子层以不同，还可以把它们分成能级，或电子层可继续分为可继续分为电子亚层电子亚层。符号符号电子亚层种类电子亚层种类电子的能级由所处的电子层和电子亚层共同决定电子层序数电子层序数电子亚层数电子亚层数电子亚层电子亚层电子亚电子亚层符号层符号 电子云：电子云：应用统计原理，以电子在核外应用统计原理，以电子在核外空间出现几率的多少，来描述原子核外空间出现几率的多少，来描述原子核外电子运动规律。形象称为电子运动规律。形象称为“电子

15、云电子云”。概率分布图概率分布图(电子云电子云)电子云轮廓图的制作过程电子云轮廓图的制作过程原子轨道原子轨道轨道轨道s电子云：球形，有电子云：球形，有1个伸展个伸展，轨道轨道1个个s能级的原子轨道图能级的原子轨道图电子云的形状和伸展方向所占据的空间称为轨道。电子云的形状和伸展方向所占据的空间称为轨道。轨道轨道P电子云：有电子云：有3个伸展，有个伸展，有3个轨道个轨道d电子云：有电子云：有5个伸展方向，个伸展方向，5个轨道个轨道 2. 原子轨道原子轨道f电子云：有电子云：有7个伸展方向，个伸展方向，7个轨道个轨道电子还在做自旋运动，用电子还在做自旋运动，用“”、“”表示两种不同的自旋方向。表示两

16、种不同的自旋方向。电子自旋电子自旋泡利不相容原理：每个轨道中最多只泡利不相容原理：每个轨道中最多只能容纳两个自旋方向相反的电子。能容纳两个自旋方向相反的电子。描述电子运动状态的几个方面。描述电子运动状态的几个方面。描述核外电子运动状态的四个方面描述核外电子运动状态的四个方面能层（电子层）能层（电子层）能级（电子亚层）能级（电子亚层）轨道（电子云的伸展方向）轨道（电子云的伸展方向）自旋方向自旋方向描述电子运动的因素描述电子运动的因素电子层序数电子层序数一一二二三三四四五五六六n符号符号电子亚层符号电子亚层符号各亚层中的轨道数各亚层中的轨道数各亚层中最多容纳各亚层中最多容纳的电子数的电子数各电子层

17、中最多容各电子层中最多容纳的电子数纳的电子数K L M N O P 1s 2s2p 3s3p3d 4s4p4d4f n 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 n22 8 18 32 2n2表示核外电子排布的几种方法表示核外电子排布的几种方法 1.原子结构示意图原子结构示意图15第第1层层第第2层层第第3层层K层层L层层M层层原子核原子核原子核带正电原子核带正电核电荷数核电荷数285表示核外电子排布的几种方法表示核外电子排布的几种方法 原子核外电子排布规律原子核外电子排布规律电子总是尽先排布在能量最低的能级电子总是尽先排布在能量最低的能级里；里；每

18、个电子层最多只能容纳每个电子层最多只能容纳2n2电子；电子； 最外层最多只能容纳最外层最多只能容纳 8个电子（氦原子个电子（氦原子是是2个）个） ；次外层最多只能容纳次外层最多只能容纳18个电子；个电子；倒数第三层最多只能容纳倒数第三层最多只能容纳32个电子个电子表示核外电子排布的几种方法表示核外电子排布的几种方法 2.核外电子排布式核外电子排布式H:1s1He:1s2Li:1s2 2s1B:1s22s22p1Na:1s22s22p63s1Fe:1s22s22p63s23p63d64s2Kr:1s22s22p63s23p63d104s24p6钠原子的核外电子排布式为钠原子的核外电子排布式为 Na：1s2