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简介
这是原子结构与元素周期律ppt，包括了氢原子光谱和微观粒子的运动特性，氢原子核外电子运动状态的量子力学描述，多电子原子核外电子的运动状态，元素的性质与原子结构的关系等内容，欢迎点击下载。
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第2章 原子结构和元素周期律 学习基本要求 掌握： 微观粒子运动的特性；氢原子的核外电子运动状态，波函数、原子轨道、电子云的概念及角度分布图、四个量子数的合理组合及物理意义；多电子原子的原子轨道能级图和能级组，核外电子分布原则及其分布。 了解： 各周期元素原子结构和元素性质周期律，元素的分区，原子半径、电离能、电子亲和能、电负性、氧化数与原子结构的关系。 §2.1 氢原子光谱和微观粒子的运动特性 为什么要研究氢原子的光谱？ 这是因为氢原子光谱反映了氢原子的外层电子排布和运动状态； 原子的组成—原子核和核外电子—原子结构 矛盾 十九世纪末，科学家们试图用经典的电磁理论解释氢光谱的产生和规律性时，发现用经典电磁理论和卢瑟福的有关原子结构的行星模型理论来解释与其实验结果发生了尖锐的矛盾。按其推论氢光谱等原子光谱应是连续光谱，但实际情况是氢光谱等原子光谱不是连续光谱，而是线状光谱。 这些矛盾用经典理论是不能解释的。 ① 1900 年，德国科学家 Planck 提出了著名的量子论。Planck 认为在微观领域能量是不连续的，物质吸收或放出的能量总是一个最小的能量单位的整倍数。这个最小的能量单位称为能量子。 ② 1905 年Einstein 在解释光电效应时，提出了光子论。Einstein 认为能量以光的形式传播时，其最小单位称为光量子，也叫光子。 小结 氢原子光谱特征: ①线状的，不连续的②有规律的 微观粒子运动的特性 ①量子化性；②微观粒子的波粒二象性 ③统计性 §2.1 氢原子光谱和微观粒子的运动特性 § 2.2 氢原子核外电子运动状态的量子力学描述 § 2.3 多电子原子核外电子的运动状态 § 2.4 元素的性质与原子结构的关系 2.2.2 微观粒子的运动方程——薛定谔方程 知道微观系统状态可由波函数来描述，那么具体系统的波函数的具体形式如何求得呢？ 在经典波的研究中，了解波动状态变化的根本规律是靠一些波动方程来概括，并通过给定的物理条件，由解波动方程便可得到波函数从而了解波的性质。 微观粒子是否存在波动方程？用它来概括微观粒子运动的普遍规律，再通过解这个方程得到我们关心的波函数的具体形式 ，从而了解微观系统的性质？ 3. 量子数 将三维直角坐标系的薛定谔方程换算成球极坐标 系的形式： 求解薛定谔方程的过程中，为了得到合理的解，引进了3个参数，称为量子数。分别是n，l，m，它们的合理组合代表一个波函数。 n: 主量子数 n=1， 2， 3， 4， …(最大值为7) l： 角量子数 l=0， 1， 2， 3， …(n-1) m: 磁量子数 m=0， ±1， ±2， ±3， …±l 量子数的合理取值： l的取值受n的制约，n ≥l+1，即l只能取比n小1的任何正整数； m的取值受l的制约，m只能取±l或者0. 练习：判断下列量子数的组合能否代表一个波函数。 4. 原子轨道及其符号的规定 原子轨道的定义 量子力学中，把原子中n， l， m都有确定值的单电子波函数称为原子轨道（电子的一种空间运动状态）。 原子轨道的符号 由n， l， m三个量子数组成； n：由n的取值1， 2， 3， …数字表示； l：按照光谱学上的规定，l=0， 1， 2， 3分别用符号s， p， d， f表示； 用x， y， z代表不同l和m的组成，决定了角度分布； m写在l的右下角；m的符号用角度波函数的最大绝对值在x，y，z直角坐标轴的位置标示。 表2.1 n， l， m的组合关系、轨道名称和轨道数 练习：写出下列量子数组合所代表的轨道名称。 5. 氢原子中电子的能量 电子云的角度分布图表示不同方向上，从坐标原点到曲面截距的大小代表电子云角度分布 的相对大小，也即表示电子在空间不同方向上出现的概率密度|Ψ|2的相对大小。 3. 电子云的径向分布图 电子云角度分布图只能表示电子在空间不同角度出现的概率密度的大小，而不能表示电子在离核多远的区域出现概率密度的大小。 电子云的径向分布图表示电子出现的概率和离核远近关系图。 以径向波函数D(r)=r2R2(r)为纵坐标，以离核的半径r为横坐标的图形叫电子云径向分布图； 径向波函数的物理意义：D(r)表示在半径为r的球面附近，单位厚度球壳内电子出现的概率。 m=0 pz或dz2 如2pz ，3pz和3dz2 波函数最大绝对值在z轴上； m=±1 px， py或dxz， dyz 如2px， 2py， 3px， 3py和3dxz， 3dyz px波函数最大绝对值在x轴上； py波函数最大绝对值在y轴上； dxz，波函数最大绝对值在xz平面上； dyz波函数最大绝对值在yz平面上； m=±2 dxy或dx2-y2 如3dx2-y2 ， 3dxy dxy波函数最大绝对值在xy平面上； dx2-y2 波函数最大绝对值在x轴和y轴上； 练习： 按照主量子数和角量子数依次增大的顺序，写出原子轨道的名称，并指出原子轨道的形状。 n=1，l=0，m=0 1s n=2，l=0，m=0 2s n=2，l=1，m=0 2pz； n=2，l=1，m=±1 2px或2py； n=3，l=0，m=0 3s； n=3，l=1，m=0 3pz n=3，l=1，m=±1 3px或3py； n=3，l=2，m=0 3dz2 n=3，l=2，m=±1 3dxz或3dyz n=3，l=2，m=±2 3dx2-y2或3dxy n=4，l=0，m=0 4s； n=4，l=1，m=0 4pz； n=4，l=1，m=±1 4px或4py； n=4，l=2，m=0 4dz2 n=4，l=2，m=±1 4dxz或4dyz n=4，l=2，m=±2 4dxy或4dx2-y2 n=1，l=0，m=0 1s n=2，l=0，m=0 2s n=2，l=1，m=0 2pz； n=2，l=1，m=±1 2px或2py； n=3，l=0，m=0 3s； n=3，l=1，m=0 3pz n=3，l=1，m=±1 3px或3py； n=3，l=2，m=0 3dz2 n=3，l=2，m=±1 3dxz或3dyz n=3，l=2，m=±2 3dx2-y2或3dxy n=4，l=0，m=0 4s； n=4，l=1，m=0 4pz； n=4，l=1，m=±1 4px或4py； n=4，l=2，m=0 4dz2 n=4，l=2，m=±1 4dxz或4dyz n=4，l=2，m=±2 4dxy或4dx2-y2 §2.1 氢原子光谱和微观粒子的运动特性 § 2.2 氢原子核外电子运动状态的量子力学描述 § 2.3 多电子原子核外电子的运动状态 § 2.4 元素的性质与原子结构的关系 多电子原子的原子结构，就是将原子中所有的电子分布在核外的原子轨道上； 描述多电子原子的运动，关键是解决原子中各个电子的能级。 2.3.1 多电子原子轨道的能级 轨道 与氢原子类似，其电子运动状态可描述为1s， 2s， 2px， 2py， 2pz， 3s，… 1 Pauling近似能级图 能级组：将能量相近的能级划分为一组；共分为若干个能级组；能级组内各能级能量差别不大，组与组之间能量差别大； 能级组的存在，是周期表中化学元素可划分为各个周期及每个周期应有元素数目的根本原因。 2.屏蔽效应和有效核电荷 屏蔽效应 多电子原子中其余电子抵消核电荷对指定电子的作用叫屏蔽效应。 屏蔽常数σ 用于衡量屏蔽效应的强弱的经验常数 屏蔽常数大小的影响因素 与其余电子的多少以及这些电子和指定电子所处的轨道有关； 屏蔽常数的计算—斯莱特规则 1. 将原子中的电子按如下原子轨道分组； (1s)(2s，2p)(3s，3p)(3d)(4s，4p)(4d)(4f)(5s，5p)(5d) 2. 内层电子对指定电子的屏蔽常数值规定如下： a：位于指定电子右边各组的电子，对指定电子没有屏蔽作用，即σ=0; b：1s轨道上的2个电子相互间σ=0.3；其它主量子数相同的各分层电子之间的σ=0.35； c：被屏蔽电子为ns或np时，则主量子数为(n-1)的各电子对它们的σ=0.85，(n-2)层轨道及其以内的每一个电子对该电子的σ=1.00； d：被屏蔽电子为nd或nf时，则位于它左边的各组电子对该电子的σ=1.00； 3. 将原子中其余电子对指定电子的屏蔽常数求和，即得到总的屏蔽常数Σσ. σ:屏蔽常数，其取值为 a. 1s轨道上的两个电子之间： σ=0.30 b. 其它同层电子之间：σ=0.35 c. (n－1)层电子对n层电子: σ=0.85 d. (n－2)层以内电子对n层电子: σ=1.00 e.位于nd或nf电子左边的各组电子对该电子的σ=1.00. 3 . 钻穿效应 由于角量子数l不同，电子的径向分布不同，电子钻到核附近的概率不同，因而能量不同的现象叫做钻穿效应。 外层电子可以钻到内层，而出现在离核较近的地方，从而部分回避了内层电子对它的屏蔽，使它受到的有效核电荷增大，轨道的能级就降低。 能级交错 虽然4s的最大峰比3d最大峰远得多，但是4s的第一峰钻到比3d峰离核更近的地方，钻穿效应大，从而部分回避了内层电子对它的屏蔽作用，因而E4s
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