原子结构模型.pptx

人类认识原子的历史人类认识原子的历史 公元前公元前400400多年，古希腊多年，古希腊哲学家德谟克利特等人认为哲学家德谟克利特等人认为:万物是由大量的万物是由大量的不可分割不可分割的微的微粒构成的，这种微粒即粒构成的，这种微粒即原子原子。1803 1803年，英国化学家道尔顿提出近代原年，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子学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体实心球体 19031903年，英国物理学家汤姆逊在发现电年，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子的基础上提出了原子结构的”葡萄干布葡萄干布丁丁”模型模型v电子是种带负电、有一定质量的微粒，普遍电子是种带负电、有一定质量的微粒，普遍存在于各种原子之中。存在于各种原子之中。v汤姆生原子模型：原子是一个平均分布着正汤姆生原子模型：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面包里的葡萄干镶嵌其中。1911年年,英国物理学家卢瑟福根据英国物理学家卢瑟福根据粒粒子散射实验提出了原子结构的核式模型子散射实验提出了原子结构的核式模型v卢瑟福原子模型（又称行星原子模型）：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。外空间绕核做高速运动。1913年，丹麦科学家玻尔进一步建年，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立起核外电子分层排布的原子结构模型v玻尔借助诞生不久的玻尔借助诞生不久的量子理论量子理论改进了卢改进了卢瑟福的模型。瑟福的模型。v玻尔原子模型玻尔原子模型（又称（又称轨道轨道模型）：当原模型）：当原子只有子只有一个电子一个电子时，电子沿时，电子沿特定球形轨道特定球形轨道运转；当原子有运转；当原子有多个电子多个电子时，它们将分布时，它们将分布在多个球壳中绕核运动在多个球壳中绕核运动。v不同的电子运转轨道是具有一定级差的不同的电子运转轨道是具有一定级差的稳定轨道。稳定轨道。v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，就像区域出现的次数少，就像“云雾云雾”笼罩笼罩在原子核周围。因而提出了在原子核周围。因而提出了“电子云模电子云模型型”。v电子云电子云密度大密度大的地方，表明电子在核外的地方，表明电子在核外单位体积内出现的机会多单位体积内出现的机会多，反之，出现，反之，出现的机会少。的机会少。人类认识人类认识原子的原子的历史进程历史进程一、氢原子光谱和波尔的原子结构模型一、氢原子光谱和波尔的原子结构模型1、原子光谱、原子光谱 狭义的光：波长狭义的光：波长400700nm之间的电之间的电磁波；磁波；广义的光：即电磁波，包括可见光、广义的光：即电磁波，包括可见光、红外光、紫外光、红外光、紫外光、X射线等。射线等。许多物质都能够吸收光或发射光。为了研究物质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。光的波长和强度分布记录下来，得到所谓的光谱。若由光谱仪获得的光谱是由各种波长的光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，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、白炽灯则所得光谱称为连续光谱。如太阳光、白炽灯发出的白光等。发出的白光等。若由光谱仪获得的光谱是由具有特定波长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，则所得光谱称的、彼此分立的谱线所组成的，则所得光谱称为线状光谱。如为线状光谱。如NaCl在煤气灯火焰上灼烧发出在煤气灯火焰上灼烧发出的光、氢原子光谱等。的光、氢原子光谱等。根据卢瑟福的原子结构模型和经典的电磁学观点，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：将导致两种结果：电子不断发射能量，自身能量会不断减少，电子电子不断发射能量，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核上，即有核原子模型所表示的原子是一个不稳定的体系。系。电子自身能量逐渐减少，电子绕核旋转的频率也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。谱应是连续光谱。质疑质疑 根据卢瑟福的原子结构模型和经典的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原子的光谱为什么是线性光谱而不是连续光谱呢？光谱呢？原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运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；动，并且不辐射能量；2 2、玻尔、玻尔(Bohr)(Bohr)的原子结构模型的原子结构模型 在不同轨道上运动的电子具有不同的能量，而且能量是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，即轨道能量是量子化的，即轨道能量是“一份一份一份一份”的，不能连续变化而只的，不能连续变化而只能取某些不连续的数值。轨道能量依能取某些不连续的数值。轨道能量依n值（值（1、2、3、）的）的增大而升高，增大而升高，n称为量子数。对氢称为量子数。对氢原子原子而言，电子处在而言，电子处在n=1的轨的轨道时能量最低，称为道时能量最低，称为基态，能量基态，能量高于基态的状态，称为高于基态的状态，称为激发态激发态；只有当电子从一个轨道（能量为只有当电子从一个轨道（能量为Ei）跃迁到另一个轨道）跃迁到另一个轨道（能量为（能量为Ej）时，才会辐射或吸收能量。如果辐射或吸收的能）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。量以光的形式表现出来并被记录下来，就形成了光谱。玻尔的核外电子分层排布的原子结构模型成功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，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。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：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、分子或固体的光谱不能解释多电子原子、分子或固体的光谱。实验事实 在通常条件下，钠原子中处于在通常条件下，钠原子中处于n=4的状态的电子跃迁到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；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，氢原子的电子由子由n=2的状态跃迁到的状态跃迁到n=1的状态时，得到的是两条靠得很近的状态时，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。的两条线。二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述二、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、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空间运动状态可以用原子轨道原子轨道来描述，而每个来描述，而每个原子轨道须由原子轨道须由三个量子数三个量子数n、l、n共同标记。共同标记。n的取值为正整数，的取值为正整数，对应的符号为对应的符号为 ，n越大，电子离核的平均距离越远，能量越高。越大，电子离核的平均距离越远，能量越高。人们将人们将n 所表示的运动状态称为电子层。所表示的运动状态称为电子层。主量子数主量子数n:n:练习练习:下列各层电子能量的从高到低的顺序是下列各层电子能量的从高到低的顺序是 A.M层层 B.K层层 C.N层层 D.L层层1 1s2 2s 2p3 3s 3p 3d4 4s 4p 4d 4f规律规律:每层的能级数值每层的能级数值=电子层数电子层数l 取值为取值为 0，(n1)，共，共n个数值个数值 符号为符号为 s，p，d，f 等等 n、l 值均相同的电子具有相同的能量，因此我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们用能级来标记具有相同n、l 值值的电子运动状态。的电子运动状态。在一个电子层中，在一个电子层中，l有多少个取值，就表示该电子层有有多少个取值，就表示该电子层有多少个不同的能级。多少个不同的能级。角量子数角量子数l：练习练习:找出下列条件下能级的数目，并写出其能级的符号找出下列条件下能级的数目，并写出其能级的符号A.n=1 B.n=2C.n=3 D.n=4m可以取可以取0、1、2 l共共(2l+1)个数值个数值如如l=0，m只可以取只可以取0，对应的谱线只有一条，对应的谱线只有一条如如l=1，m可以取可以取0、1，对应的谱线有三条，对应的谱线有三条通常用原子轨道表示通常用原子轨道表示n、l、m确定的核外电子的空确定的核外电子的空间运动状态。间运动状态。磁量子数磁量子数m:1 1s4 2s 2px 2py 2pz9 3s 3px 3py 3pz 3dxy 3dyz 3dxz 3dx2-y2 3dz2规律：每层的原子轨道数为层数的平方规律：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练习：找出下列条件下原子轨道的数目A.n=1 B.n=2C.n=3 处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态只能有两种，只能有两种，ms=1/2，分别用符号分别用符号“”和和“”表示。表示。注意：自旋并不是注意：自旋并不是”自转自转”，实际意义更为深，实际意义更为深远。远。自旋磁量子数自旋磁量子数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每个电子层最多有多少个电子?小结：量子数和原子轨道的关系小结：量子数和原子轨道的关系1/20,1 2d21/20,1p11/20s0M31/20,1p11/20s0L21/20s0K1取值取值符号符号取值取值符号符号取值取值符号符号取值取值ms原子轨道原子轨道mln1s2s2px、2py、2pz3s3px 3py 3pz3dxy、3dyz、3dxz 3dx2-y2、3dz2 通过以上讨论可以得知：主量子数通过以上讨论可以得知：主量子数n对应对应着电子层；主量子数着电子层；主量子数n和角量子数和角量子数l对应着对应着n电电子层中的能级；主量子数子层中的能级；主量子数n、角量子数、角量子数l和磁量和磁量子数子数m对应着对应着n电子层中电子层中l能级中的原子轨道；能级中的原子轨道；自旋磁量子数自旋磁量子数ms描述的是电子的自旋性质。这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，并具有两种自确定的原子轨道来描述，并具有两种自旋状态中的一种。旋状态中的一种。1.下列各电子层，不包含下列各电子层，不包含d能级的是（能级的是（）。）。A.N电子层电子层 B.M电子层电子层 C.L电子层电子层 D.K电子层电子层C、D2.下列能级中，轨道数为下列能级中，轨道数为5的是（的是（）。）。A.s能级能级 B.p能级能级 C.d能级能级C3.以下各能级能否存在？如果能存在，各包含多少轨道？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：答：（1）2s存在，轨道数为存在，轨道数为1（2）2d不能存在不能存在（3）4p存在，轨道数为存在，轨道数为3（4）5d存在，轨道数为存在，轨道数为54.写出下列各组量子数表示的原子轨道的符号。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 2p4s5d2.原子轨道的图像和电子云原子轨道的图像和电子云 (1)原子轨道的图形描述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。以图象方式在直角坐标系中表示出来。3 3个个p p轨道合在一起的情形轨道合在一起的情形d d能级的能级的5 5个原子轨道个原子轨道(2)电子云：电子云：对于质量非常小、运行速度极快的微观粒子而对于质量非常小、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。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。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。概率的大小的图形称为电子云图。因为我们不能确定原子中因为我们不能确定原子中的电子在某一时刻一定出现在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何处，只可能预言在空间某点电子出现的概率，所以量子力电子出现的概率，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，它既不是道的含义完全不同，它既不是圆周轨道，也不是其他经典意圆周轨道，也不是其他经典意义上的固定轨迹。义上的固定轨迹。【知识回顾知识回顾】关键词关键词:氢原子光谱氢原子光谱玻尔的原子结构模型玻尔的原子结构模型原子轨道原子轨道四个量子数（四个量子数（主量子数主量子数n、角量子数、角量子数l、磁量子数、磁量子数m、自旋磁量子数、自旋磁量子数ms）电子云电子云1.以下能级符号正确的是（以下能级符号正确的是（）。）。A.6sB.2dC.3fD.7pA、D2.下列各能层中不包含下列各能层中不包含p能级的是（能级的是（）。）。A.NB.MC.LD.KD3.下列能级中轨道数为下列能级中轨道数为3的是（的是（）A.s能级能级B.p能级能级C.d能级能级D.f能级能级4.下列关于下列关于1s轨道电子云图轨道电子云图的说法中，正确的是（的说法中，正确的是（）A.通常用小黑点来表示电子的多少通常用小黑点来表示电子的多少 B.小黑点密表示在该核外空间的电子多小黑点密表示在该核外空间的电子多 C.小黑点密表示在该核外空间的单位体积内电子出现的概率大小黑点密表示在该核外空间的单位体积内电子出现的概率大 D.通常用小黑点来表示电子绕核作高速圆周运动通常用小黑点来表示电子绕核作高速圆周运动CB