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1、第 1 章 原 子 结 构一、教学基本要求 1. 初步了解原子核外电子运动状态的近代概念、原子能级、波粒二象性、波函数和电子云；2. 熟悉四个量子数对核外电子运动状态的描述；3. 熟悉s、p、d原子轨道的形状和方向；4. 掌握原子核外电子排布的一般规律及s、p、d、f区元素的电子结构特征；5. 会从原子的电子层结构说明元素性质，并熟悉原子半径、电离能、电子亲合能、电负性的概念和周期性变化。二、要点1. 原子序数 (atomic number) 元素原子核内的质子数。2. 原子质量单位(atomic mass unit) 表示单个原子的质量的单位。一个原子质量单位(u)为碳原子(12C)质量的1
2、/12。3. 质量数(mass number) 原子核内质子数与中子数之和，称作该原子的质量数。4. 光电效应(photoelectric effect) 用一定频率的电磁辐射轰击物质的表面，释放出电子的现象。5. 波粒二象性(wave-particle duality) 微观粒子（如光子、电子等）在不同条件下能分别显示出波动性和微粒性的特征称为波粒二象性，是微观粒子的基本属性之一。光在衍射中显示出波动性，而在光电效应中则又显示出微粒性。6. 不确定原理(uncertainty principle) 指不可能同时测得电子的动量及其在空间的确切位置。7. 波动力学模型(wave mechanic
3、al model) 基于波粒二象性、海森堡的测不准原理可将电子可视作物质波等理论的量子理论模型。8. 波函数(wave functions) 波动力学方程的数学解就是波函数或原子轨道。是量子力学中表征微观粒子或其体系运动状态的函数。在原子中核外电子的运动状态就是用波函数来描述的, 是量子力学的基本方程（薛定谔方程）的解，它不是一个数值，而是一个函数式。微观粒子的各种物理量，都可通过波函数来确定。在空间某点，微观粒子（如电子等）出现的几率密度，跟波函数绝对值的平方|2成正比。9. 有效核电荷(Zeff)(effective nuclear charge) 原子内作用于电子的核的正电荷，其值为去掉
4、其它电子对该电子的屏蔽(或排斥)作用的实际核电荷。10. 能量最低原理(the lowest-energy principle) 电子首先占据低能量的轨道，只有低能级的轨道被占据后电子才有可能进入高能级的轨道。11. 泡利不相容原理(Pauli exclusion priciple) 不存在四个量子数都相同的两个电子，即运动状态完全相同的电子是不存在的。12. 洪特规则(Hunds rule) 只要轨道的能量相同，较成对而言电子更希望独自占据轨道。13. 电子自旋(electron spin) 电子自身运动的一个特点，可引起原子磁性的变化。电子自旋的两种可能为+1/2和-1/2。成对的两电子自
5、旋方向相反，而分占轨道的电子自旋平行。14. 电子构型(electronic configuration) 指原子内的所有电子对占据轨道的指派。15. 周期律(periodic law) 元素的物理性质及化学性质是原子序数的周期性函数。16. 共价半径(covalent radius) 以共价力键合的两个成键原子中心连线距离的一半。17. 金属半径(metallic radius) 在固体金属内相邻原子中心距离的一半。18. 镧系收缩(lanthanide co) 随f亚层电子的填充，元素的原子半径逐步缩小的现象。19. 电离能(ionization energy) 第一电离能是指气态原子失去
6、一个电子所需要的能量。20. 电子亲合能(electron affinity) 中性气态原子获得一个电子所发生的能量变化。21. 电负性(electronegativity) 指作为化合物一方的某元素的原子吸引电子的能力。三、参考教学大纲1. 解决从中学到大学的过渡波尔模型波动力学模型卢瑟福的“行星式模型” 卢瑟福的“行星式模型” 中学 大学 教学思路： 如何过渡？(由小知识体系向大知识体系过渡) 如何深入展开？ 落脚在哪里？ 背景如何？即如何让学生了解学习什么？2. 原子结构模型的发展：原子结构模型经历了“无核到有核”、“非量子化到量子化”两个大的阶段。定量的定律（定比、倍比定律等）的发现原
7、子学说（1803年Dalton提出。恩格斯说“化学的新世纪开始于原子学说”）原子学说的萌芽（公元前500年，中国有墨翟“非半不斫” 则不动，说在端”之说）阴极射线，放射性现象等的发现原子“侵入模型”（ 1897年Thomson发现电子，1906年获Nobel奖）质点散射现象原子的“行星式模型”（1911年，Rutherford成功地解释了散射现象。1913年获Nobel奖）氢原子光谱，Moseley定律，Plank量子论，Einstein光子学说玻尔理论（1913年，Bohr.N.曾就读于Thomson、Rutherford，1922年获Nobel物理奖）精细原子光谱宋麦非尔理论（椭圆形轨道）
8、de Broglie波（1924年法国 ）晶体衍射实验（1927年，Davisson ， Germer）波动力学（Wave mechanics） 量子力学理论（1926年，Schrodinger E） 3. 玻尔理论 背 景：原子的“行星式模型” 氢原子光谱各线系的发现普朗克的量子论爱因斯坦的光子理论内 容： 关于固定轨道的概念 关于轨道能量量子化的概念关键点 关于能量的吸收和发射 贡 献： 解释了氢及类氢粒子的光谱 说明了原子的稳定性 解释了其他发光现象，如X光的形成计算氢原子的电离能旧的量子力学局限性： 不能解释氢原子的精细结构 不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂 不能解释多电子原子的光谱。
9、必然要产生一个新的概念、新的理论！4. 波动力学模型核外电子运动轨道运动自旋运动n lm ms与一套量子数相对应（自然也有1个能量Ei)建立Schrdinger方程变量分离径向波函数角度波函数图形描述难点、重点！落脚点！5. 基态原子的核外电子排布 构造原理：能量最低原理(Aufbau principle)，泡利不相容原理(Pauli exclusion principle)，洪德规则(Hunds rule) 电子组态6. 多电子原子轨道的能级图 根据原子光谱实验结果得到的能级图：氢原子光谱和能级图，多电子原子光谱和能级图，Pauling能级图，Herzborg能级图，Kauzmann原子轨道
10、能量与原子序数关系图，Devauit能级图， 根据理论计算得到的能级图：根据理论计算得到的能级图，改进的Latter原子轨道能量与原子序数关系图，Cotton的原子轨道能量与原子序数关系图，路琼华的原子轨道能量与原子序数关系图教学问题： 教学中到底采用哪一种能级图较好？ 发生能级交错的原因是哪些？屏蔽效应和屏蔽常数，Slater规则，Clementi-Raimondi的规则，徐光宪的规则，穿透效应， 对屏蔽效应和穿透效应实质的讨论7. 门捷列夫为什么能够发现周期表？四个积累： 第一积 累被发现的化学元素的逐渐增多：被发现的化学元素的逐步增多，一方面“丰富着”化学研究的内容，另一方面又使化学初显
11、“杂乱”。可以说被发现的化学元素的逐渐增多是周期表发现的第一积累。 第二积累 原子量测定技术的逐步发展：我国著名化学家傅鹰说过：“没有可靠的相对原子质量，就不可能有可靠的分子式，就不可能了解化学反应的意义，就不可能有门捷列夫的周期表。” 第三积累 原子量与元素性质的初步联系：这些研究已触及到揭示元素的原子量与性质之间的关联，已有由表及里的意思，已是周期表发现的前奏。 第四积累 门捷列夫之前的元素周期表：恩格斯的高度评价是：“门捷列夫不自觉地应用黑格尔的量转化为质的规律，完成了科学史上的一个勋业，这个勋业可以和勒维耶(U Le Verrier 1811-1877)计算出尚未知道的行星海王星轨道的
12、勋业居于同等地位。” 8. 元素周期系理论发展的几个重要里程碑 门捷列夫时代 周期表中的新家族 稀有气体 莫斯莱定律的发现 周期律实质的揭示 稀土元素的发现 周期表的进一步扩充 原子结构理论的建立 进一步揭示周期律的本质 放射性元素的发现和合成 周期律结构的深入认识 锕系后元素的合成 未来周期表到底有多大？9. 元素性质的规律性 随原子序数呈现周期性变化的参数：元素原子的电子层结构随着原子序数的递增呈现周期性变化, 因此, 元素及其化合物的很多物理性质和化学性质随着原子序数的递增呈周期性变化。具有周期性的性质很多，有如单质的晶体结构、原子半径、离子半径、原子体积、密度、沸点、气化热、熔点、熔化
13、热、电离势、电负性、电子亲合势、氧化数、标准氧化势、膨胀系数、压缩率、硬度、延展性、离子水合热、发射光谱、磁性、导热性、电阻、离子的淌度、折射率、同型化合物的生成热等。 元素周期表中的第二周期性：族内元素的某些性质从上到下出现第二、四、六周期的相似，第三、五周期的相似。 元素周期表中的区域性规律 四、学生自测练习题1 是非题（判断下列各项叙述是否正确，对的在括号中填“”，错的填“”） 11 氢原子2s轨道和2p轨道能量相同，但氟原子的2s轨道能量低于2p轨道能 量。 （ ）12 氧原子的2s轨道的能量与碳原子的2s轨道的能量相同。 （ ）13 主量子数n为3时有3s，3p，3d，3f四条轨道。 （ ）14 所有微粒都既有粒子性又有波动性。 （ ）15 概率经向分布图中出现电子概率最大的球壳处，电子出现的概率密度也最 大。 （ ）16 原子轨道图是的图形，故所有原子轨道都有正、负部分。 （ ） 17多电子原子中，若几个电子处在同一能级组，则它们的能量也相同。 （ ）18 多电子原子的能级图是一个近似能级关系。
