高中化学竞赛辅导原子结构省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,8.1,氢原子结构,8.2,多电子原子结构,8.3,元素周期律,第八章 原子结构,1/58,8.1.1,氢原子光谱与Bohr理论,8.1,氢原子结构,8.1.5,氢原子激发态,8.1.4,氢原子基态,8.1.3 Schr,dinger,方程与量子数,8.1.2,电子波粒二象性,2/58,1.光和电磁辐射,8.1.1,氢原子光谱与Bohr理论,红 橙,黄 绿,青 蓝,紫,3/58,2.氢原子光谱,H,H,H,H,4/58,不连续光谱,即线状光谱,其频率含有一定规律,n,=3,4,5,6,式中 2，,n,，3.28910,15,各代表什么意义？,经验公式：,氢原子光谱特征：,5/58,3.Bohr,理论,三点假设：,核外电子只能在有确定半径和能量轨道上运动,且不辐射能量；,通常，电子处于离核最近轨道上，能量最低基态；原子取得能量后，电子被激发到高能量轨道上，原子处于激发态；,从激发态回到基态释放光能，光频率取决于轨道间能量差。,E,：,轨道能量,h,：,Planck,常数,6/58,n,=3 红（H,）,n,=4 青（H,）,n,=5 蓝紫 （H,）,n,=6 紫（H,）,Balmer,线系,7/58,原子能级,Balmer,线系,8/58,R,H,：Rydberg常数,，其值,为,2.17910,18,J,。,9/58,10/58,借助于氢原子光谱能量关系式可定出氢原子各能级能量：,11/58,1924年，Louis de Broglie,认为：质量为,m,，运动速度为,粒子，对应波长为：,8.1.2,电子波粒二象性,1927年，Davissson,和Germer应用Ni晶体进行电子衍射试验，证实电子含有波动性。,=,h,/,m,=,h,/,p,，,h,=6.62610,-34,J,s，Plank常量。,12/58,1.Schr,dinger方程,8.1.3 Schr,dinger,方程与量子数,13/58,直角坐标(,x,y,z,)与球坐标(,r,)转换,2,2,2,z,y,x,rcos,r,z,=,q,sin,sin,r,y,=,q,cos,sin,r,x,=,q,(,),(,),q,r,z,y,x,(,),(,),q,Y,r,R,=,14/58,2.四个量子数,主量子数,n,磁量子数,m,自旋量子数,m,s,角量子数,n,=1,2,3,15/58,与电子能量相关，对于氢原子，电子能量唯一决定于,n,；,不一样,n,值，对应于不一样电子层：,主量子数,n,：,K L M N O,16/58,角量子数,l,：,l,取值 0，1，2，3,n,1,对应着 s,p,d,f.,(亚层),l,决定了,角度函数形状。,磁量子数,m,：,m,可取 0，1,2,l,；,其值决定了,角度函数空间取向。,17/58,n,l,m,一定，轨道也确定,0 1 2 3 ,轨道,s p d f ,比如:,n,=2，,l,=0，,m,=0，2s,n,=3，,l,=1，,m,=0，3p,z,n,=3，,l,=2，,m,=0，3d,z,2,思索题：,当,n,为3时,l,m,分别能够取何值？轨道名称怎样?,18/58,1.总能量,2.波函数,(,),0,/,3,0,4,1,a,r,e,a,r,-,=,p,q,(,),(,),(,),Y,r,R,r,=,q,j,q,角度部分：,(,),4,1,Y,=,p,q,(,),0,/,3,0,1,2,a,r,e,a,r,R,-,=,径向部分：,8.1.4,氢原子基态,19/58,20/58,是一个球形对称分布,角度部分,21/58,3.波函数物理意义,2,：原子核外出现电子概率密度。,电子云是电子出现概率密度形象化描述。,22/58,径向分布函数,D,(,r,)：,空间微体积,试问,D,(,r,),与,2,图形有何区分?,23/58,1.2s,态：,n,=2,l,=0,m,=0,8.1.5,氢原子激发态,24/58,节面,峰数=,n,l,25/58,2.2p态：,n,=2,l,=1,m,=+1,0,-1,26/58,+,30,60,27/58,28/58,3.3,d态：,n,=3,l,=2,m,=0,29/58,小结：量子数与电子云关系,n,：决定电子云大小,l,：描述电子云形状,m,：描述电子云伸展方向,30/58,8.2.1,多电子原子轨道能级,8.2,多电子原子结构,8.2.2,核外电子排布,31/58,轨道：,与氢原子类似，其电子运动状态,可描述为1s,2s,2p,x,2p,y,2p,z,3s,能量：,与氢原子不一样,能量不但与,n,相关,也与,l,相关;在外加场作用下,还,与,m,相关。,8.2.1,多电子原子轨道能级,32/58,1.Pauling近似能级图,33/58,34/58,2.Cotton原子轨道能级图,n,相同氢原子轨道简并性。,原子轨道能量随原子序数增大而降低。,伴随原子序数增大，原子轨道产生能级交织现象。,35/58,3.屏蔽效应,+2,e,-,e,-,He,+2,e,-,He,+,2,-,e,-,假想He,由核外电子云抵消一些核电荷作用。,屏蔽效应：,为屏蔽常数,，可用 Slater 经验规则算得。,Z,=,Z*，Z*,有效核电荷数,36/58,进入原子内部空间，受到核较强吸引作用。,2s,2p轨道径向分布图,3d 与,4s轨道径向分布图,4.钻穿效应,37/58,核外电子分布三规则：,最低能量原理,电子在核外排列应尽先分布在低能级轨道上,使整个原子系统能量最 低。,Pauli不相容原理,每个原子轨道中最多容纳两个自旋方式相反电子。,Hund 规则,在,n,和,l,相同轨道上分布电子,将尽可能分占,m,值不一样轨道,且自旋平行。,8.2.2,核外电子排布,38/58,半满全满规则：,当轨道处于全满、半满时，原子较稳定。,Z,=26 Fe：1s,2,2s,2,2p,6,3s,2,3p,6,3d,6,4s,2,N：1s,2,2s,2,2p,3,原子芯,39/58,8.3.1,原子电子层结构和,元素周期系,8.3,元素周期律,8.3.2,元素性质周期性,40/58,8.3.1,原子电子层结构和元素周期系,41/58,元素周期律：,元素以及由它形成单质和化合物性质，伴随元素原子序数(核电荷数)依次递增，展现周期性改变。,元素周期表(长表)：,周期号数,等于电子层数。,各周期元素数目,等于对应能级组中原子轨道所能容纳电子总数。,主族元素族号数,等于原子最外层电子数。,42/58,s 区,n,s,12,p 区,n,s,2,n,p,16,d 区(,n,1)d,110,n,s,12,(Pd无 s 电子),f 区(,n,2)f,114,(,n,1)d,02,n,s,2,结构分区：,43/58,量子数，电子层，电子亚层之间关系,每个亚层中轨道数目,1 3 5 7,2 6 10 14,2 8 18 2,n,2,每个亚层最多容纳电子数,每个电子层最多,容纳电子数,主量子数,n,1 2 3 4,电子层 K L M N,角量子数,l,0 1 2 3,电子亚层 s p d f,44/58,1.有效核电荷,Z,*,元素原子序数增加时，原子有效核电荷,Z,*,展现周期性改变。,同一周期：,短周期：从左到右，,Z,*,显著增加。,长周期：从左到右，前半部分有,Z,*,增加,不多，后半部分显著增加。,同一族：从上到下，,Z,*,增加，但不显著。,8.3.2,元素性质周期性,45/58,46/58,2.原子半径（,r,）,共价半径,van der Waals 半径,主族元素：从左到右,r,减小；,从上到下,r,增大。,过渡元素：从左到右,r,迟缓减小；,从上到下,r,略有增大。,金属半径,47/58,主族元素,48/58,元素原子半径改变趋势,49/58,镧系元素从左到右，原子半径减小幅度更小，这是因为新增加电子填入外数第三层上，对外层电子屏蔽效应更大，外层电子所受到,Z,*增加影响更小。镧系元素从镧到镱整个系列原子半径减小不显著现象称为,镧系收缩,。,50/58,3.电离能,基态气体原子失去电子成为带一个正电荷气态正离子所需要能量称为第一电离能，用,I,1,表示。,由+1价气态正离子失去电子成为带+2价气态正离子所需要能量称为第二电离能，用,I,2,表示。,E,+,(g),E,2+,(g)+e,-,I,2,E,(g),E,+,(g)+e,-,I,1,比如：,51/58,52/58,N、P、As、Sb、Be、Mg电离能较大 半满，全满。,同一主族,：从上到下，最外层电子数相同；Z*增加不多，,r,增大为主要原因，查对外层电子引力依次减弱，电子易失去，,I,依次变小。,同一周期,：,主族元素,从,A 到卤素，,Z,*增大，,r,减小，,I,增大。其中,A,I,1,最小，稀有气体,I,1,最大；长周期中部(,过渡元素,)，电子依次加到次外层，,Z,*增加不多，,r,减小迟缓，,I,略有增加。,53/58,4.电子亲和能,元素气态原子在基态时取得一个电子成为一价气态负离子所放出能量称为电子亲和能。当负一价离子再取得电子时要克服负电荷之间排斥力，所以要吸收能量。,O,(g),+e,-,O,-,(g),A,1,=,-140.0 kJ,.,mol,-1,O,-,(g),+e,-,O,2-,(g),A,2,=,844.2 kJ,.,mol,-1,电子亲和能大小改变周期性规律以下列图：,比如：,54/58,55/58,同一周期,：从左到右，,Z,*增大，,r,减小，最外层电子数依次增多，趋向于结合电子形成 8 电子结构，,A,负值增大,。卤素,A,展现最大负值，,A为正值，稀有气体,A,为最大正值。,同一主族,：从上到下，规律不很显著，大部分,A,负值变小,。特例：,A,(N)为正值,，是 p 区元素中除稀有气体外唯一正值。,A,最大负值,不出现在 F 原子而,是 Cl 原子,。,56/58,原子在分子中吸引电子能力称为元素电负性，用 表示。,电负性标度不一样，数据不一样，但在周期系中改变规律是一致。电负性能够综合衡量各种元素金属性和非金属性。,同一周期从左到右电负性依次增大；同一主族从上到下电负性依次变小，,F 元素 为3.98，非金属性最强。,电负性标度有各种，常见有,Mulliken标度,(,)，,Pauling标度,()和,Allred-Rochow 标度,()。,5.电负性,57/58,电负性()改变,58/58,