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1、第第6章原子结构与元素周期律章原子结构与元素周期律第第6章原子结构与元素周期律章原子结构与元素周期律第第6章 原子结构和元素周期律章 原子结构和元素周期律6-4 核外电子的排布核外电子的排布6-1 近代原子结构理论的确立近代原子结构理论的确立6-5 元素周期表元素周期表6-6 元素基本性质的周期性元素基本性质的周期性6-3 核外电子运动状态的描述核外电子运动状态的描述6-2 微观粒子运动的特殊性微观粒子运动的特殊性6-1 近代原子结构理论的确立近代原子结构理论的确立6-1-1 原子结构模型原子结构模型6-1-2 氢原子光谱氢原子光谱6-1-3 玻尔理论玻尔理论1803年，英国化学家道尔顿（年，
2、英国化学家道尔顿（John Dalton）提出）提出原子概念：物质由原子组成，原子不可再分。原子概念：物质由原子组成，原子不可再分。认为原子是组成物质的最小部分。认为原子是组成物质的最小部分。6-1 近代原子结构理论的确立近代原子结构理论的确立6-1-1 原子结构模型原子结构模型英国物理学家汤姆森英国物理学家汤姆森(J.J.Thomson)1884年担任著名的卡文迪许 实验室主任。年担任著名的卡文迪许 实验室主任。1897年通过阴极射线实验发 现了电子。年通过阴极射线实验发 现了电子。1904年提出原子的年提出原子的“枣糕模枣糕模 型型” ，认为，认为“电子是均匀地分布 在正电荷的海洋中电子是
3、均匀地分布 在正电荷的海洋中”。汤姆森汤姆森1、原子的枣糕模型、原子的枣糕模型1906年获得诺贝尔物理奖。年获得诺贝尔物理奖。汤姆森提出的汤姆森提出的“枣糕模型枣糕模型”英国物理学家卢瑟福英国物理学家卢瑟福(E.Rutherford)1895年在剑桥大学攻读博士学 位期间直接受到汤姆森的指导。年在剑桥大学攻读博士学 位期间直接受到汤姆森的指导。1908年获得诺贝尔化学奖。年获得诺贝尔化学奖。1911年根据年根据粒子散射实验粒子散射实验的 结果提出原子的的 结果提出原子的“含核模型含核模型”，也 称为，也 称为“行星模型行星模型”。1919年接替汤姆森担任卡文迪 许实验室主任。年接替汤姆森担任卡
4、文迪 许实验室主任。卢瑟福卢瑟福卢瑟福卢瑟福是是汤姆森汤姆森六位获诺贝尔奖的学生之一，而他本人 又指导包括六位获诺贝尔奖的学生之一，而他本人 又指导包括玻尔玻尔在内的十一位诺贝尔奖获得者。在内的十一位诺贝尔奖获得者。2、 原子的含核模型、 原子的含核模型 粒子散射实验模拟动画 粒子散射实验模拟动画粒子源粒子源金铂金铂卢瑟福提出的卢瑟福提出的“行星模型行星模型”“行星模型行星模型”认为电子在原子核内绕核旋 转如同行星绕太阳运动一样。认为电子在原子核内绕核旋 转如同行星绕太阳运动一样。(1) 原子中大部分是空的。原子中大部分是空的。 (2) 原子的中心有一个带正电荷的、质量 集中的核。原子的中心有
5、一个带正电荷的、质量 集中的核。(3) 电子在核的周围绕核旋转。电子在核的周围绕核旋转。正电荷多少？正电荷多少？含核模型的结论含核模型的结论 :学生莫塞莱学生莫塞莱1913年证实了年证实了:核上正电荷数核上正电荷数 = 核外电子数核外电子数 = 原子序数原子序数后来发现了质子和中子才真正形成了经 典的原子模型后来发现了质子和中子才真正形成了经 典的原子模型电子怎样分布和运动？电子怎样分布和运动？他的学生之一他的学生之一玻尔玻尔核外电子核外电子质子质子原子原子中子中子原子核原子核原子模型的确立原子模型的确立玻尔玻尔 (Niels H.D.Bohr) 丹麦物理学家丹麦物理学家1885年生于丹麦的哥
6、本哈根年生于丹麦的哥本哈根1911年获得博士学位年获得博士学位1913年结合普朗克量子论发 表了长篇论文论原子构造和 分子构造，创立了年结合普朗克量子论发 表了长篇论文论原子构造和 分子构造，创立了原子结构 理论原子结构 理论。1922年获得诺贝尔物理奖年获得诺贝尔物理奖玻尔玻尔6-1 近代原子结构理论的确立近代原子结构理论的确立6-1-1 原子结构模型原子结构模型6-1-2 氢原子光谱氢原子光谱6-1-3 玻尔理论玻尔理论各种原子受带电粒子的撞击或在高温时直接 发出特定波长的明线光谱称为各种原子受带电粒子的撞击或在高温时直接 发出特定波长的明线光谱称为发射光谱。发射光谱。这种原子在激发态产生
7、的光谱这种原子在激发态产生的光谱-原子光谱。原子光谱。每种原子有自己的特征光谱。每种原子有自己的特征光谱。原子光谱原子结构原子光谱原子结构氢原子光谱实验示意图氢原子光谱实验示意图6-1-2 氢原子光谱氢原子光谱红橙黄 绿青 蓝紫红橙黄 绿青 蓝紫氢原子光谱特征：不连续光谱， 即氢原子光谱特征：不连续光谱， 即线状光谱线状光谱在可见范围内五根明显谱线，红（在可见范围内五根明显谱线，红（1），青（），青（1），蓝（），蓝（1），紫（），紫（2）可见光可见光1885年瑞士人巴尔麦（年瑞士人巴尔麦（J.J.Balmer）提出了下式：）提出了下式：422nnB 为波长，为波长，B为常数，为常数，n为为3
8、，4，5，6可见区的这几条谱线被命名为可见区的这几条谱线被命名为巴尔麦线系巴尔麦线系。1913年瑞典物理学家里德堡年瑞典物理学家里德堡(Rydberg)得出了能概括谱线的波数之间普遍联系的经验公式：得出了能概括谱线的波数之间普遍联系的经验公式：)11(2 22 1HnnR :波数波数(指指 1 cm的长度相当于多少个波长的长度相当于多少个波长)，RH:里德堡常数，其值为里德堡常数，其值为 1.097 105cm-1，n1 和和 n2 为正整数，且为正整数，且 n2 n1。6-1 近代原子结构理论的确立近代原子结构理论的确立6-1-1 原子结构模型原子结构模型6-1-2 氢原子光谱氢原子光谱6-
9、1-3 玻尔理论玻尔理论6-1-3 玻尔理论玻尔理论Rutherford 有核 原子模型有核 原子模型玻尔玻尔理论解释了当时的氢原子线状光 谱，既说明了谱线产生的原因，也说明 了谱线的波数所表现出的规律性。理论解释了当时的氢原子线状光 谱，既说明了谱线产生的原因，也说明 了谱线的波数所表现出的规律性。1913 年，丹麦物理学家年，丹麦物理学家玻尔玻尔Planck 量子论量子论Einstein光子论光子论玻尔理论玻尔理论普朗克量子论：普朗克量子论：在微观领域能量的放出或吸收并不是连续的，而是按照一个基本量或基本量的整数倍被物质放出或吸收，这个最小 的能量单位称做能量子在微观领域能量的放出或吸收并
10、不是连续的，而是按照一个基本量或基本量的整数倍被物质放出或吸收，这个最小 的能量单位称做能量子（quantum） 。爱因斯坦光子论：爱因斯坦光子论：能量以光的形式传播时，其最小的单位称做光量子能量以光的形式传播时，其最小的单位称做光量子(photo)。总之， 在微观领域中能量是量子化的。总之， 在微观领域中能量是量子化的。b) 轨道能量不连续轨道能量不连续:（1）玻尔理论）玻尔理论三个假设三个假设ev6 .132nE a) 定态轨道:定态轨道:电子在有确定能量的轨道上运动。不吸收或放出能量，处于稳定态。能级：电子运动时所处能量状态。电子在有确定能量的轨道上运动。不吸收或放出能量，处于稳定态。能
11、级：电子运动时所处能量状态。氢原子：氢原子：n：量子数：量子数(1,2,3);n时，电子离核无穷远，能量最大，时，电子离核无穷远，能量最大，E=0吸收能量吸收能量23c) 能量的吸收和释放能量的吸收和释放电子电子: 内层轨道上运动内层轨道上运动外层轨道上运动外层轨道上运动释放能量释放能量基态基态(能量低能量低E1)激发态激发态(能量低能量低E1)E= E2-E1= E = h hEE12 电子在电子在不同能级间不同能级间跃迁跃迁才有能量的吸收或放出才有能量的吸收或放出: h为为普朗克常数，普朗克常数，6.626 10-34J s玻尔半径玻尔半径:氢原子在基态氢原子在基态(n=1)时的轨道半径，
12、时的轨道半径， 52.9pm。（2）解释氢光谱）解释氢光谱:氢原子中电子 于氢原子中电子 于基态基态轨道轨道受光激发受光激发返回基态返回基态电子跃入高能 级电子跃入高能 级激发态激发态轨道轨道以光电子形式放出多 余能量，产生氢光谱。以光电子形式放出多 余能量，产生氢光谱。不稳定不稳定吸收能量符合轨道能量差；量子化；光谱不连续吸收能量符合轨道能量差；量子化；光谱不连续n=2, 3, 4., n1=1, 得得Lyman 谱线（紫外区谱线（紫外区）n2=3, 4, 5., n1=2, 得得Balmer谱线（可见区）谱线（可见区）n2=4, 5, 6. , n1=3, 得得Pashen谱线（红外区）谱
13、线（红外区）eV6 .132nE hEE12 eV)11(6 .132 12 2nnh玻尔理论解决了四个问题玻尔理论解决了四个问题 :a) 说明了激发态原子为何会发射出光谱线说明了激发态原子为何会发射出光谱线b) 说明了原子的辐射能为何不连续说明了原子的辐射能为何不连续 c) 比较好的说明了氢光谱频率的规律性比较好的说明了氢光谱频率的规律性d) 表明了距原子核不同远近的电子的能量状态表明了距原子核不同远近的电子的能量状态不能解释许多实际现象不能解释许多实际现象如： 形成光谱的精细结构；多电子原子光谱 ；如： 形成光谱的精细结构；多电子原子光谱 ；用宏观规律研究微观问题 用经典力学理论解释量子力
14、学用宏观规律研究微观问题 用经典力学理论解释量子力学原因 ：不足之处：原因 ：不足之处：（3）对玻尔模型的评价）对玻尔模型的评价第第6章 原子结构和元素周期律章 原子结构和元素周期律6-4 核外电子的排布核外电子的排布6-1 近代原子结构理论的确立近代原子结构理论的确立6-5 元素周期表元素周期表6-6 元素基本性质的周期性元素基本性质的周期性6-3 核外电子运动状态的描述核外电子运动状态的描述6-2 微观粒子运动的特殊性微观粒子运动的特殊性6-2 微观粒子运动的特殊性微观粒子运动的特殊性6-2-1 微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性6-2-2 不确定原理不确定原理6-2-3 微观粒子运
15、动的统计规律微观粒子运动的统计规律1680年，年，牛顿牛顿提出光具 有提出光具 有粒子性粒子性，认为光就是 能做直线运动的微粒流。，认为光就是 能做直线运动的微粒流。科学家牛顿科学家牛顿1690年，年，惠更斯惠更斯提出 光具有提出 光具有波动性波动性，能解 释光的干涉、衍射等 现象。，能解 释光的干涉、衍射等 现象。6-2-1 微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性1905年，年，爱因斯坦爱因斯坦用光子理论成功地解释了光电效应，提出光既有粒子性，又有波动性，即用光子理论成功地解释了光电效应，提出光既有粒子性，又有波动性，即科学家爱因斯坦科学家爱因斯坦光具有波粒二象性光具有波粒二象性法国物理学家德布罗依法国物理学家德布罗依该假设在该假设在1927年被年被电子衍射实验电子衍射实验所证实。所证实。1924年，法国物理学家德布罗依年，法国物理学家德布罗依(Louis de Broglie)提出提出:mvh ph 有质量和速度有质量和速度有波长和频率有波长和频率普朗克常数普朗克常数 h=6.62610-34Js实物粒子有实物粒子有波波粒粒二象性二象性电子衍射实验电子衍射实验1927年美国物理学家：戴维逊年美国物理学家：戴维逊(C.J.Davisson) 革末革末(L.H.Germer)电子源电子源电子源电子源镍晶体镍晶体镍晶体镍晶体衍射环纹感光屏幕衍射环纹感光屏幕薄晶体片薄晶体片电
