人类对原子结构的认识历史市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

人类对原子结构认识历史人类对原子结构认识历史第1页 原子是组成原子是组成物体不可分割最物体不可分割最小微粒。小微粒。水原子平滑水原子平滑呈圆形，所以水呈圆形，所以水才能流动而无固才能流动而无固定形状。火原子定形状。火原子是多刺，这就是是多刺，这就是烧灼使人痛苦原烧灼使人痛苦原因。因。德谟克利特（古希腊德谟克利特（古希腊学者前学者前460460前前362362）第2页原子是不能再分粒子；原子是不能再分粒子；同种元素原子各种性质和同种元素原子各种性质和质量都相同，不一样元素原质量都相同，不一样元素原子，其形状、质量不一样，子，其形状、质量不一样，各种性质也不相同；各种性质也不相同；原子是很小实心球体。道原子是很小实心球体。道尔顿原子论与已发觉元素相尔顿原子论与已发觉元素相对应，有多少种元素就有多对应，有多少种元素就有多少种原子。少种原子。道尔顿道尔顿（17661844）英国化学家英国化学家 第3页18971897年年4 4月月3030日发觉了电子日发觉了电子 汤姆逊汤姆逊 (18561940)卢卢瑟福瑟福（1871187119371937）葡萄干面包模型葡萄干面包模型 用高速用高速飞飞行行粒子作粒子作为为炮炮弹弹，去，去轰击轰击极薄金箔极薄金箔“行星系式行星系式”原子模型原子模型 第4页第5页（1885188519621962）当电子绕核运动时应该当电子绕核运动时应该不停地辐射电磁波，电子运不停地辐射电磁波，电子运动能量也应不停降低，最终动能量也应不停降低，最终会使电子坠落到原子核上，会使电子坠落到原子核上，原来原子很快就会毁灭原来原子很快就会毁灭 电子在绕核运动中能量电子在绕核运动中能量逐步降低，辐射电磁波频率逐步降低，辐射电磁波频率应是逐步改变，发出光谱应应是逐步改变，发出光谱应是连续，但实际测得原子光是连续，但实际测得原子光谱，却不是连续光谱谱，却不是连续光谱 第6页电子只能在含有一定能量特电子只能在含有一定能量特定轨道上运动而不能在任意定轨道上运动而不能在任意轨道上运动，电子在这些特轨道上运动，电子在这些特定轨道上运动时，既不吸收定轨道上运动时，既不吸收能量也不辐射能量。当电子能量也不辐射能量。当电子从能量高轨道向能量低轨道从能量高轨道向能量低轨道跃迁时，它们就发射电磁波，跃迁时，它们就发射电磁波，反之就吸收电磁波。反之就吸收电磁波。19提出依据是普朗克量子理论原子量子化轨道模型假说原子量子化轨道模型假说 第7页普朗克普朗克 德国物理学家德国物理学家第8页 电电子子在在核核外外有有些些地地方方出出现现几几率率大大，在在有有些些地地方方出出现现几几率率少少，通通惯惯用用所所谓谓“电电子子云云”名名称称形形象象地地加加以以描描述述。电电子子运运动动轨轨道道也也不不是是传传统统意意义义上上轨轨道道，而而是是经经过过求求解解薛薛定定谔谔波波动动方方程程一一个个统统计计值值，指指是是电电子子出出现现几几率率最最大大区区域域。这这个个建建立立在在量量子子力力学学基基础础上上原原子子结结构构模模型型才才是是今今天天我我们们认认识识、完完整整、科科学学原原子结构理论。子结构理论。第9页德谟克利特：朴素原子观德谟克利特：朴素原子观道尔顿：原子学说道尔顿：原子学说汤姆生：汤姆生：“葡萄干面包式葡萄干面包式”模模型型卢瑟福卢瑟福：带核原子结构模型：带核原子结构模型玻尔玻尔：原子轨道模型：原子轨道模型当代量子力学模型当代量子力学模型180319041911191319261.1.人类认识原子结构历史人类认识原子结构历史第10页2.2.我们所认识原子结构我们所认识原子结构（1 1）原子基本组成粒子）原子基本组成粒子（2 2）粒子电性）粒子电性（3 3）数量关系、质量、体积特点）数量关系、质量、体积特点第11页运动物体运动物体汽车汽车炮弹炮弹人造卫星人造卫星宇宙飞船宇宙飞船电子电子速率（速率（Km/S)0.0327.81122001、核外电子运动特征：、核外电子运动特征：乒乓球直径乒乓球直径核外电子运动空间范围核外电子运动空间范围4 10-2 mn 10-10 m测不准测不准质量小、速度大、运动空间小质量小、速度大、运动空间小电子质量仅为质子质量1/1836第12页图中图中 表示原子核，一个小黑点代表表示原子核，一个小黑点代表电子在这里出现过一次电子在这里出现过一次第13页小黑点小黑点疏密疏密表示电子在表示电子在核外空间单核外空间单位体积内位体积内出现出现概率概率大小。大小。第14页1 1、关于、关于“电子云电子云”描述中，正确是描述中，正确是 A A、一个小黑点表示一个电子、一个小黑点表示一个电子B B、小黑点代表电子数多少、小黑点代表电子数多少C C、电子云是带正电云雾、电子云是带正电云雾D D、小黑点疏密表示电子在核外空间单位体、小黑点疏密表示电子在核外空间单位体积内出现机会多少积内出现机会多少D D巩固练习第15页2 2、多电子核外电子运动、多电子核外电子运动电子云电子云能量越高。能量越高。离核越远；离核越远；分层运动（排布）；分层运动（排布）；QPONMLK7654321第16页2 2、下面关于多电子原子核外电子运动规、下面关于多电子原子核外电子运动规律叙述正确是（律叙述正确是（）A A、核外电子是分层运动、核外电子是分层运动 B B、全部电子在同一区域里运动、全部电子在同一区域里运动 C C、能量高电子在离核近区域运动、能量高电子在离核近区域运动 D D、能量低电子在离核低区域运动、能量低电子在离核低区域运动ADAD第17页3 3、核外电子核外电子排布规律：排布规律：（1 1）能量最低原理：）能量最低原理：电子先排布在能量较电子先排布在能量较低轨道上。低轨道上。（2）每层每层2n2n2 2个。个。最外层最外层 8 8个（个（K K层时层时2 2个），假如最个），假如最外层为外层为8 8个（个（K K层为层为2 2个）就到达了饱个）就到达了饱和稳定结构。和稳定结构。次外层次外层 1818个，倒数第三层个，倒数第三层 3232第18页4 4、原子结构示意图：、原子结构示意图：镁原子镁原子（Mg)原子核原子核质子数质子数电子层电子层该层上电子数该层上电子数第一层第一层 倒数第一层倒数第一层 最外层最外层 次外层次外层电子层数为电子层数为_层。层。第19页核电荷数为核电荷数为1 11818元素原子结构示意图元素原子结构示意图金属元素金属元素非金属元素非金属元素稀有气体元素稀有气体元素最外层电子数最外层电子数普通少于普通少于4 4个个最外层电子数最外层电子数普通多于普通多于4 4个个最外层电子数最外层电子数已到达最多（已到达最多（2 2个或个或8 8个）个）第20页画出画出K K、CaCa、FeFe原子原子结构示意图：原子原子结构示意图：K KCaCaFeFe结论：同一电子层内，电子能量也并非完全相同。结论：同一电子层内，电子能量也并非完全相同。第21页5 5、原子轨道、原子轨道电子亚层电子亚层 量子力学研究表明，处于同一电子层量子力学研究表明，处于同一电子层原子核外电子，也能够在不一样类型原子核外电子，也能够在不一样类型原子原子轨道轨道上运动。上运动。轨道轨道类型不一样类型不一样，轨道轨道形状也不一样形状也不一样。用用s s、p p、d d、f f分别表示不一样形状轨道分别表示不一样形状轨道。第22页s s轨道：轨道：球球形形第23页p p轨道：轨道：纺锤纺锤形形第24页第25页（1 1）原子轨道特点）原子轨道特点:ss原子轨道是原子轨道是球球形，形，p p原子轨道是原子轨道是纺锤纺锤形；形；ss轨道是球形对称，所以只有轨道是球形对称，所以只有1 1个轨道；个轨道；pp轨道在空间上有轨道在空间上有x x、y y、z z三个伸展方向，三个伸展方向，所以所以p p轨道包含轨道包含p px x、p py y、p pz z3 3个轨道；个轨道；dd轨道有轨道有5 5个伸展方向（个伸展方向（5 5个轨道）个轨道）f f轨道有轨道有7 7个伸展方向（个伸展方向（7 7个轨道）个轨道）；(p11)(p11)第26页电子层电子层原子轨原子轨道类型道类型原子轨道原子轨道数目数目可容纳电子数目1 11s1s2 22s2s，2p2p3 33s3s，3p3p，3d3d4 44s4s，4p4p，4d4d，4f4fn n1 12 24 48 89 9181816163232（2 2）各电子层包含原子轨道数目和可容纳电子数）各电子层包含原子轨道数目和可容纳电子数第27页（3 3）各原子轨道能量高低：）各原子轨道能量高低：电子层和形状相同原子轨道能量相电子层和形状相同原子轨道能量相等，如等，如2p2px x、2p2py y、2p2pz z轨道能量相等。轨道能量相等。相同电子层上原子轨道能量高低：相同电子层上原子轨道能量高低：ns ns np np nd nd nf nf形状相同原子轨道能量高低形状相同原子轨道能量高低：1s 1s 2s 2s 3s 3s 4s 4s多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道能量高低存在以下规律：轨道能量高低存在以下规律：2p2px x2p2py y2p2pz z第28页3 3、有以下四种轨道：、有以下四种轨道：2s2s、2p2p、3p3p、4d4d，其中能量最高是（，其中能量最高是（）A.2s B.2p C.3p D.4dA.2s B.2p C.3p D.4dD D4 4、用、用“”“”“”或或“”表示以下各组表示以下各组多电子原子原子轨道能量高低多电子原子原子轨道能量高低 3s 3s 3p 2p 3p 2px x 2p 2py y 3s 3s 3d 3d 4s 4s 3p 3p 第29页5 5、比较以下多电子原子原子轨道能量、比较以下多电子原子原子轨道能量高低高低 2s 2p 4s 2s 2p 4s 3s 3p 4p 3s 3p 4p2s2s2p2p4s4s3s3s3p3p4p4p第30页（4 4）电子自旋：）电子自旋：原子核外电子还有一个称为原子核外电子还有一个称为“自旋自旋”运动。原子核外电子自旋能够有两种运动。原子核外电子自旋能够有两种不一样状态，通常人们用向上箭头不一样状态，通常人们用向上箭头“”“”和向下箭头和向下箭头“”“”来表示这两种来表示这两种不一样自旋状态。当然，不一样自旋状态。当然，“电子自旋电子自旋”并非真像地球绕轴自旋一样，它只是代并非真像地球绕轴自旋一样，它只是代表电子两种不一样状态。表电子两种不一样状态。第31页 处于同一电子层原子核外电子处于同一电子层原子核外电子,也能够在不也能够在不 同类型同类型 上运动上运动,不一样，不一样，形形状也不一样。状也不一样。S S轨道是轨道是 对称对称,所以所以S S轨道轨道 个轨道；个轨道；P P轨道在空间有轨道在空间有 个伸展方个伸展方向向,所以所以P P轨道包含轨道包含 个轨道；个轨道；d d轨道有轨道有 个轨道、个轨道、f f轨道有轨道有 个轨道。每个轨道。每一个原子轨道上只能有一个原子轨道上只能有 个自旋状态不一个自旋状态不一样核外电子。样核外电子。原子轨道原子轨道轨道类型轨道类型轨道轨道球形球形1 1x x、y y、z zpx、py、pz 357 72 2填空：填空：第32页 描述原子核外电子运动状描述原子核外电子运动状态包括态包括电子层电子层、原子轨道原子轨道和和电子电子自旋自旋。科学家经过研究发觉，原。科学家经过研究发觉，原子核外电子排布遵照能量最低原子核外电子排布遵照能量最低原理、泡利不相容原理和洪特规则。理、泡利不相容原理和洪特规则。第33页1 1原子核外电子排布原理原子核外电子排布原理（1 1）能量最低原理能量最低原理。原子核外。原子核外电子先占有能量低轨道然后电子先占有能量低轨道然后依次进入能量较高轨道。依次进入能量较高轨道。（2 2）泡利不相容原理泡利不相容原理。每个原。每个原子轨道上最多只能容纳两个自子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不一样电子。旋状态不一样电子。（3 3）洪特规则洪特规则。原子核外电子。原子核外电子在能量相同各个轨道上排布时在能量相同各个轨道上排布时电子尽可能分占不一样原子电子尽可能分占不一样原子轨道，轨道，自旋状态相同，自旋状态相同，全充或半充满时能量最低。全充或半充满时能量最低。第34页第35页2 2原子电子排布式和轨道表示式原子电子排布式和轨道表示式(1)(1)电子排布式书写格式：电子排布式书写格式：元素符号；元素符号；轨道符号轨道符号(带电子层数带电子层数)；电子个数电子个数(右上角右上角)。练习练习:写出以下元素电子排布式写出以下元素电子排布式:NaNa：K K：RbRb：1s2 22s2 22p6 63s1 11s2 22s2 22p6 63s2 23p6 64s1 11s2 22s2 22p6 63s2 23p6 64s2 23d10104p6 65s1 1第36页2 2原子电子排布式和轨道表示式原子电子排布式和轨道表示式(2)(2)轨道表示式书写格式：轨道表示式书写格式：元素符号；元素符号；轨道框轨道框(一个轨道一个框，能量相同轨道连一个轨道一个框，能量相同轨道连在一起在一起)；电子及自旋状态电子及自旋状态(、)。练习练习:画出以下元素轨道表示式画出以下元素轨道表示式:C C：NaNa：第37页N：Mg：练习练习:画画出出136号号元素轨道表示式。元素轨道表示式。第38页(3)(3)原子外围电子排布式：原子外围电子排布式：原子实：将原子内层已到达稀有气体结构原子实：将原子内层已到达稀有气体结构部分写成部分写成“原子实原子实”，以稀有气体元素符号，以稀有气体元素符号外加方括号表示。外加方括号表示。在化学反应中，原子外围电子发生改变，在化学反应中，原子外围电子发生改变，而而“原子实原子实”不受影响。不受影响。也能够省去也能够省去“原子实原子实”，直接写出，直接写出原子外原子外围电子排布式围电子排布式。第39页练习练习:写出以下元素原子实表示式写出以下元素原子实表示式:NaNa：S S：Ca:Ca:Br:Br:第40页练习练习:写出以下原子写出以下原子电子排布式电子排布式、轨道轨道表示式表示式、原子结构示意图原子结构示意图、原子实表示原子实表示式式、原子外围电子排布式、主族元素电原子外围电子排布式、主族元素电子式子式。H He C N Ne Na ClH He C N Ne Na ClK Sc Cr Fe Cu BrK Sc Cr Fe Cu Br第41页原子发射与吸收光谱原子发射与吸收光谱低能量轨道电子低能量轨道电子吸收能量吸收能量高能量轨道电子高能量轨道电子原子吸收光谱原子吸收光谱低能量轨道电子低能量轨道电子放出能量放出能量原子发射光谱原子发射光谱第42页第43页