无机化学多媒体电子教案.ppt

1、无机化学多媒体电子教案,第五章 原子结构和元素周期性,化学反应能否发生，反应速度的快慢，以及反应进行的程度大小等均与反应物和生成物的组成和结构等性质有关，与原子间的结合方式有关。,化学反应的本质,反应物分子之间原子的重新组合,如： H2 + Cl2 2HCl,为了研究反应的本质、物质的性质及变化规律，就必须研究物质的结构。,第六章 分子的结构与性质,物质结构,第五章 原子结构和元素周期性,第七章 固体的结构与性质,第五章 原子结构和元素周期性,主 要 内 容,1. 微观粒子的波粒二象性,2. 波函数与原子轨道、 几率密度与电子云,3. 四个量子数,6. 元素性质的周期性变化,4. 原子核外电子

2、分布原理及其分布,5. 元素周期系与核外电子分布的关系,第五章 原子结构和元素周期性,基 本 要 求,5-1 原子与元素,5-2 原子结构的近代概念,5-3 原子中电子的分布,5-4 原子性质的周期性,第五章 原子结构和元素周期性,无机化学多媒体电子教案,第五章 原子结构和元素周期性,第一节 原子与元素,5-1-1 原子的组成和元素,基本概念：,原子：由一个带若干（Z）个单位正电荷的原子核和Z个带负电荷的电子组成的电中性的微粒。,原子核：由Z个带单位正电荷的质子（p）和若干个中子（n）组成的紧密结合体。,基本粒子：电子、质子、中子、光子以及在宇宙射线和高能原子核物理实验中发现的一系列粒子。,原

3、子结构的概念,学习线索： 氢原子光谱 玻尔原子结构理论 实物粒子的“波粒二象性” 量子力学对核外电子运动状态的描述薛定谔方程。,原子结构的概念,一 、氢原子光谱 连续光谱(continuous spectrum) 线状光谱(原子光谱)(line spectrum) 氢原子光谱（原子发射光谱）,连续光谱（自然界）,连续光谱(实验室）,电磁波连续光谱,氢原子光谱（原子发射光谱）真空管中含少量H2(g)，高压放电，发出紫外光和可见光 三棱镜 不连续的线状光谱,5-1-3 原子轨道能级,5-1-3 原子轨道能级,aa,为连续光谱,氢原子光谱,为带状光谱,玻尔（N.Bohr）原子结构理论,1913年，丹

4、麦物理学家N.Bohr提出. 氢原子中的电子在原子核周围有确定半径和能量的圆形轨道中运动。电子在这些轨道上运动不吸收能量或放出能量。,波尔氢原子模型,n越小, 离核越近, 轨道能量越低, 势能值越负。,波尔氢原子模型,基态 激发态(电子处于能 量较高的状态), -0.445 -0.605 -0.872 -1.36 -2.42 -5.45 -21.79,E/10-19J,7 6 5 4 3 2 1,n,121.6nm,120.6nm,97.25nm,94.98nm,93.78nm,93.14nm,656.5nm,486.1nm,434.1nm,410.2nm,397.2nm,H H H H H,

5、 ,如氢原子光谱中的H线,波尔氢原子模型,第五章 原子结构和元素周期性,第二节 原子结构的近代概念,无机化学多媒体电子教案,5-2-1 电子的波粒二象性,（一）光的波粒二象性 波象性衍射、干涉、偏振 微粒性光电效应、实物发射或吸收光 （与光和实物互相作用有关） 例：能量 E光子=h 动量 p = h / E光子 , p 微粒性 , 波动性 通过h相联系,5-2-1 电子的波粒二象性,1924年，年轻的法国物理学家Louis de Broglie（德布罗意）提出实物粒子具有波粒二象性。他说： “整个世纪以来，在光学上，比起波动的研究方法，是过分忽略了粒子的研究方法；在实物理论上，是否发生了相反的

6、错误呢？我们是不是把粒子图象想得太多，而过分地忽略了波的图象？” 他提出：电子、质子、中子、原子、分子、离子 等实物粒子的波长 = h / p = h / mv 3年之后，（1927年），C.J.Davisson（戴维逊）和L.S.Germer（革末）的电子衍射实验证实了电子运动的波动性电子衍射图是电子“波”互相干涉的结果，证实了de Broglie的预言。,5-2-1 电子的波粒二象性,粒子性电子有确定的体积 (d 约为10-15m) 和质量(9.109110-31kg),演示,1927年W.Heisenberg（海森堡）提出。 测不准原理测量一个粒子的位置的不确定量x,与测量该粒子在x方向

7、的动量分量的不确定量px的乘积，不小于一定的数值 。 即： x px h / 4 或: p = mv , px = mv, 得: 显然， x ,则 px ; x ,则 px ; 然而，经典力学认为x 和 px 可以同时很小。,测不准原理（The Uncertainity principle）,测不准原理（The Uncertainity principle）,例1: 对于 m = 10 克的子弹，它的位置可精确到x 0.01 cm,其速度测不准情况为：,测不准原理（The Uncertainity principle）,例2: 微观粒子如电子, m = 9.11 10-31 kg, 半径 r

8、= 10-18 m，则x至少要达到10-19 m才相对准确，则其速度的测不准情况为： =6.626 10-34 / 4 3.14 9.11 10-31 10-19 = 5.29 1014 m.s-1,经典力学 微观粒子运动 完全失败！ 新的理论（量子力学理论） 根据“量子力学”，对微观粒子的运动规律，只能采用“统计”的方法，作出“概率性”的判断。,测不准原理（The Uncertainity principle）,5-2-2 概率,电子运动有规律但无法确定其运动轨迹,5-2-3 原子轨道,薛定谔方程（Schrdinger Equation） 1926年奥地利物理学家E.Schrdinger提出

9、. 用于描述核外电子的运动状态，是一个波动方程，为近代量子力学奠定了理论基础。,5-2-3 原子轨道,5-2-3 原子轨道,薛定谔波动方程： 描述微观粒子运动状态的基本方程,对氢原子来说,波函数 (X、Y、Z)是描述 氢原子核外电子运动状态的数学表达式。 m电子质量 h普朗克常数 E体系总能量 V电子的势能,波函数,2 + 8 2m / h2 (E V) = 0 式中： 2 Laplace（拉普拉斯）算符,对薛定谔方程求解，可以得到一系列 波函数s、s、p. i 相应的能量值 Es、 Es、 Ep . Ei,波函数,方程的每一个解代表电子的一种可能运动状态,在量子力学中，用波函数和与其对应的能

10、量来描述电子的运动状态。,是描述电子运动状态的数学表达式， 的空间图象叫原子轨道， 原子轨道的数学表达式就是波函数。,原子轨道的角度分 布图： 将波函数的角度 分布部分(Y)作图 所得的图象。,z,x,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,z,z,z,z,z,x,x,x,x,x,x,x,y,y,y,y,s,py px pz,dxy dyz dxz,dz2 dx2-y2,原子轨道的角度分布图,5-2-4 电子云,用小黑点的疏密 表示电子出现概率密度的相对大小,小黑点较密的地方，概率密度较大，单位体积内电子出现的机会多。,如 1

11、s的电子云,z,z,z,z,z,z,x,x,x,x,x,x,x,x,y,y,y,y,y,s,px py pz,dxy dyz dxz,dx2 dx2-y2,与原子轨道角度分布图的不同：,5-2-5 量子数,主量子数(n),表示原子轨道或电子云离核距离和能级高低 n=1、2、3、4、5 . 正整数,n值越小，该电子层离核越近，能级越低。,副量子数(),表示原子轨道或电子云的形状 =0、1、2、3 .(n-1) 的正整数,同一电子层,值越小,该电子亚层能级越低。,磁量子数(m),表示原子轨迹或电子云在空间的伸展方向 m值： - 、0、+ 的正整数, 共(2l+1)个,同一亚层内的各原子轨道, 在没有外加磁场下, 能量是相等的,称等价轨道 (简并轨道) 。,自旋量子数(ms),描述原子中每个电子的运动状态必须用 四个量子数： 即 主量子数(n)：电子所处的电子层 副量子数(l)：电子所处的电子亚层 及原子轨道、电子云的形状 磁量子数(