原子结构模型

会计学1原子结构模型1803年，英国化学家道尔顿提出近代原子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体第1页/共35页

1903年，英国物理学家汤姆逊在发现电子的基础上提出了原子结构的”葡萄干布丁”模型第2页/共35页电子是种带负电、有一定质量的微粒，普遍存在于各种原子之中。汤姆生原子模型：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，中和了电荷，从而形成了中性原子。原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内，电子像面包里的葡萄干镶嵌其中。第3页/共35页1911年,英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验提出了原子结构的核式模型第4页/共35页卢瑟福原子模型（又称行星原子模型）：原子是由居于原子中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成。原子核的质量几乎等于原子的全部质量，电子在原子核外空间绕核做高速运动。第5页/共35页1913年，丹麦科学家玻尔进一步建立起核外电子分层排布的原子结构模型第6页/共35页玻尔借助诞生不久的量子理论改进了卢瑟福的模型。玻尔原子模型（又称轨道模型）：当原子只有一个电子时，电子沿特定球形轨道运转；当原子有多个电子时，它们将分布在多个球壳中绕核运动。不同的电子运转轨道是具有一定级差的稳定轨道。第7页/共35页第8页/共35页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，有的区域出现的次数少，就像“云雾”笼罩在原子核周围。因而提出了“电子云模型”。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，出现的机会少。第9页/共35页人类认识原子的历史进程第10页/共35页一、氢原子光谱和波尔的原子结构模型1、原子光谱

狭义的光：波长400~700nm之间的电磁波；广义的光：即电磁波，包括可见光、红外光、紫外光、X射线等。第11页/共35页第12页/共35页

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，人们常常利用仪器将物质吸收或发射的光的波长和强度分布记录下来，得到所谓的光谱。第13页/共35页

若由光谱仪获得的光谱是由各种波长的光所组成，且相近的波长差别极小而不能分辨，则所得光谱称为连续光谱。如太阳光、白炽灯发出的白光等。

若由光谱仪获得的光谱是由具有特定波长的、彼此分立的谱线所组成的，则所得光谱称为线状光谱。如NaCl在煤气灯火焰上灼烧发出的光、氢原子光谱等。第14页/共35页

根据卢瑟福的原子结构模型和经典的电磁学观点，将导致两种结果：⑴电子不断发射能量，自身能量会不断减少，电子运动的轨道半径也将逐渐缩小，电子很快就会落在原子核上，即有核原子模型所表示的原子是一个不稳定的体系。⑵电子自身能量逐渐减少，电子绕核旋转的频率也要逐渐地改变，根据经典电磁理论，辐射电磁波的频率将随着旋转频率的改变而逐渐变化，因而原子发射的光谱应是连续光谱。第15页/共35页[质疑]

根据卢瑟福的原子结构模型和经典的电磁学观点，围绕原子核高速运动的电子一定会自动且连续地辐射能量，其光谱应是连续光谱而不应是线状光谱。那么，氢原子的光谱为什么是线性光谱而不是连续光谱呢？第16页/共35页⑴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、玻尔(Bohr)的原子结构模型⑵在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，即轨道能量是“一份一份”的，不能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；⑶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出来并被记录下来，就形成了光谱。第17页/共35页

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，阐明了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。玻尔提出的这些重要概念和观点至今还为人们所使用。但玻尔理论仍有很大的局限性：不能解释氢原子的精细光谱；不能解释多电子原子、分子或固体的光谱。第18页/共35页实验事实

在通常条件下，钠原子中处于n=4的状态的电子跃迁到n=3的状态时，会产生多条谱线；在外磁场存在时，无论是氢原子还是多电子原子的光谱原来的一条谱线都可能分裂为多条；用高分辨光谱仪在无外磁场的情况下观察时发现，氢原子的电子由n=2的状态跃迁到n=1的状态时，得到的是两条靠得很近的谱线，与此类似，钠原子的黄色光的谱线也表现为靠得很近的两条线。第19页/共35页二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述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，而每个原子轨道须由三个量子数n、l、n共同标记。第20页/共35页n的取值为正整数１，２，３，４，５，６…对应的符号为Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ…n越大，电子离核的平均距离越远，能量越高。人们将n所表示的运动状态称为电子层。⑴主量子数n:练习:下列各层电子能量的从高到低的顺序是

A.M层B.K层C.N层D.L层第21页/共35页11s22s2p33s3p3d44s4p4d4f规律:每层的能级数值=电子层数l取值为0，１，２，３…(n－1)，共n个数值符号为s，p，d，f等

n、l

值均相同的电子具有相同的能量，因此我们用能级来标记具有相同n、l

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能级。⑵角量子数l：练习:找出下列条件下能级的数目，并写出其能级的符号A.n=1B.n=2C.n=3D.n=4第22页/共35页m可以取0、±1、±2…±l共(2l+1)个数值如l=0，m只可以取0，对应的谱线只有一条如l=1，m可以取0、±1，对应的谱线有三条通常用原子轨道表示n、l、m确定的核外电子的空间运动状态。⑶磁量子数m:

第23页/共35页11s42s2px2py2pz3s3px3py3pz3dxy3dyz3dxz3dx2-y23dz2规律：每层的原子轨道数为层数的平方(n2)练习：找出下列条件下原子轨道的数目A.

n=1B.n=2C.n=3第24页/共35页

处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态只能有两种，ms=±1/2，分别用符号“↑”和“↓”表示。注意：自旋并不是”自转”，实际意义更为深远。⑷自旋磁量子数ms：

练习：实验证明，同一原子中电子的运动状态均不相同。试推断：每个原子轨道最多有几个电子?每个电子层最多有多少个电子?第25页/共35页小结：量子数和原子轨道的关系±1/20,±1±2d2±1/20,±1p1±1/20s0M3±1/20,±1p1±1/20s0L2±1/20s0K1取值符号取值符号取值符号取值ms原子轨道mln1s2s2px、2py、2pz3s3px3py3pz3dxy、3dyz、3dxz

3dx2-y2、3dz2第26页/共35页

通过以上讨论可以得知：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，原子中的单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，并具有两种自旋状态中的一种。第27页/共35页1.下列各电子层，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C、D2.下列能级中，轨道数为5的是（）。

A.s能级B.p能级C.d能级C3.以下各能级能否存在？如果能存在，各包含多少轨道？（1）2s（2）2d（3）4p（4）5d答：（1）2s存在，轨道数为1（2）2d不能存在（3）4p存在，轨道数为3（4）5d存在，轨道数为54.写出下列各组量子数表示的原子轨道的符号。（1）n=2，l

=1（2）n=4，l=0（3）n=5，l=2

2p4s5d第28页/共35页2.原子轨道的图像和电子云(1)原子轨道的图形描述根据量子力学理论，将原子轨道在空间的分布以图象方式在直角坐标系中表示出来。第29页/共35页3个p轨道合在一起的情形d能级的5个原子轨道第30页/共35页(2)电子云：

对于质量非常小、运行速度极快的微观粒子而言，人们不能同时准确地测定它的位置和速度。为了形象地表示电子在原子核外空间的分布状况，人们常用单位体积内小点的疏密程度来表示电子在原子核外单位体积内出现概率的大小。点密集的地方，表示在那里电子在单位体积内出现的概率大；点稀疏的地方，表示在那里电子在单位体积内出现的概率小。这种形象地描述电子在空间单位体积内出现的概率的大小的图形称为电子云图。第31页/共35页

因为我们不能确定原子中的电子在某一时刻一定出现在何处，只可能预言在空间某点电子出现的概率，所以量子力学中的轨道的含义已与玻尔轨道的含义完全不同，它既不是圆周轨道，也不是其他经典意义上的固定轨迹。第32页/共35页【知识回顾】

关键词:氢原子光谱玻尔的原子结构模型原子轨道四个量子数（主量子数n、角量子数l、磁量子数m、自旋磁量子数ms）电子云第33页/共35页1.以下能级符号正确的是（）。

A.6s B.2d C.3f D.7pA、D2.下列各能层中不包含p能级的是（）。