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1、第1章原子结构与元素周期系 1-1道尔顿原子论顿原子论道尔顿原子论顿原子论1-2相对原子质量（原子量）相对原子质量（原子量）1-3原子的起源和演化原子的起源和演化1-4原子结构的波尔行星模型原子结构的波尔行星模型1-5氢原子结构（核外电子运动）的量子力学氢原子结构（核外电子运动）的量子力学模型模型1-6基态原子电子组态（电子排布）基态原子电子组态（电子排布）1-7元素周期系元素周期系1-8元素周期性元素周期性习题1-1道尔顿原子论v化学原子论的创立v化学原子论的内容：每一种化学元素有一种原子；同种原子质量每一种化学元素有一种原子；同种原子质量相同，不同种原子质量不同；原子不可再分；相同，不同种
2、原子质量不同；原子不可再分；一种原子不会转变为另一种原子；化学反应只一种原子不会转变为另一种原子；化学反应只是改变了原子的结合方式，使反应前的物质变是改变了原子的结合方式，使反应前的物质变成反应后的物质。成反应后的物质。道尔顿原子论如果说近代化学达到了对物质的原子、分子水平的认识如果说近代化学达到了对物质的原子、分子水平的认识,那么在那么在19世纪初世纪初,电子、电子、x射线、放射性的发现，则拉开射线、放射性的发现，则拉开了探索原子、分子内部微观结构的序幕，使化学进入到一了探索原子、分子内部微观结构的序幕，使化学进入到一个新的境界。原子结构和分子结构是结构化学研究的课题个新的境界。原子结构和分
3、子结构是结构化学研究的课题,也是无机化学的基本理论。这两部分内容对如何解释和揭也是无机化学的基本理论。这两部分内容对如何解释和揭示化学反应的本质是很重要的。示化学反应的本质是很重要的。化学工作者着眼于化学反应，而化学反应则以原子相化学工作者着眼于化学反应，而化学反应则以原子相互作用为基础的。通常在化学反应中，原子核不发生变化。互作用为基础的。通常在化学反应中，原子核不发生变化。那么什么在变呢？电子的运动状态在变，通俗地说，是核那么什么在变呢？电子的运动状态在变，通俗地说，是核外电子在外电子在“跳来跳去跳来跳去”，所以研究核外电子的运动的规律，所以研究核外电子的运动的规律是化学工作者要探索的重要
4、问题。是化学工作者要探索的重要问题。本章用了一些量子化学的公式来解释无机化学的现本章用了一些量子化学的公式来解释无机化学的现象和本质，对量子化学公式的推导不作要求象和本质，对量子化学公式的推导不作要求。道尔顿原子论道尔顿原子论从1787年开始，中学教员出身的道尔顿持续不断地观测气象，为了解释“复杂的大气”为什么“竟是均匀的混合物”，他于1801年引入原子的假说。1805年,道尔顿明确地提出了他的原子论，这个理论的要点有：每一种每一种化学元素有一种原子；同种原子质量相同，不同种原子化学元素有一种原子；同种原子质量相同，不同种原子质量不同；原子不可再分质量不同；原子不可再分;一种原子不会转变为另一
5、种原一种原子不会转变为另一种原子子;化学反应只是改变了原子的结合方式化学反应只是改变了原子的结合方式,使反应前的物使反应前的物质变成反应后的物质。质变成反应后的物质。道尔顿提出了原子量的概念，实质上就是原子相对质量的概念，并用大量实验测定了一些元素的原子的相对质量。道尔顿原子论十分圆满地解释了当时已知的化学反应的定量关系。道尔顿原子论道尔顿原子论不久，道尔顿用自己的原子论导出了倍比定律倍比定律若两种元素化合得到不止一种化合物，这些化合物中的元素的质量比存在整数倍的比例关系并用实验予以证实,例如,他用实验证实,碳和氧有2种化合物一氧化碳和二氧化碳,其中碳与氧的质量比是4:3和8:3。尽管道尔顿提
6、出了原子量的概念，却不能正确给出许多元素的原子量。例如：设氢的原子量为1，作为相对原子质量的标准，已知水中氢和氧的质量比是1:8，若水分子是由1个氢原子和1个氧原子构成的，氧的原子量是8，若水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成的，氧的原子量便是16。道尔顿武断地认为，可以从“思维经济原则”出发，认定水分子由1个氢原子和1个氧原子构成，因而就定错了定错了氧的原子量氧的原子量。道尔顿原子论道尔顿原子论道尔顿用来表示原子的符号,是最早的元素符号。图中他给出的许多分子组成是错误的。这给人以历史的教训要揭示科学的真理不能光凭想象，更不能遵循道尔顿提出的所谓“思维经济原则”,客观世界的复杂性不会因为人类或
7、某个人主观意念的简单化而改变。道尔顿原子论道尔顿原子论但道尔顿原子论极大地推动了化学的发展。特别是在1818和1826年,瑞典化学家贝采里乌斯(C-L.Berzelius1779-1848)通过大量实验正确地确定了当时已知化学元素的原子量，纠正了道尔顿原子量的误值，为化学发展奠定了坚实的实验基础（如表）。同时，贝采里乌斯还创造性地发展了一套表达物质化学组成和反应的符号体系，他用拉丁字母表达元素符号,一直沿用至今。贝采里乌斯原子量贝采里乌斯原子量(1818和和1826)1-2相对原子质量（原子量）v1-2-1元素原子序数和元素符号v1-2-2核素、同位素和同位素丰度v1-2-3原子的质量v1-2
8、-4元素的相对原子质量（原子量）元素、原子序数和元素符号具有一定核电荷数（等于核内质子数）的原子具有一定核电荷数（等于核内质子数）的原子称为一种（化学）元素。按（化学）元素的核电称为一种（化学）元素。按（化学）元素的核电荷数进行排序，所得序号叫做原子序数。每一种荷数进行排序，所得序号叫做原子序数。每一种元素有一个用拉丁字母表达的元素符号。在不同元素有一个用拉丁字母表达的元素符号。在不同场合，元素符号可以代表一种元素，或者该元素场合，元素符号可以代表一种元素，或者该元素的一个原子，也可代表该元素的的一个原子，也可代表该元素的1摩尔原子。摩尔原子。核素、同位素和同位素丰度核素具有一定质子数和一定中
9、子数的原子（的总称）。元素具有一定质子数的原子（的总称）。同位素质子数相同中子数不同的原子（的总称）。同量异位素核子数相同而质子数和中子数不同的原子（的总称）。同中素具有一定中子数的原子（的总称）。核素、同位素和同位素丰度已知的核素品种超过2000种。有两类核素：一类是稳定核素稳定核素，它们的原子核是稳定的；另一类是放射性核素放射性核素，它们的原子核不稳定，会自发释放出某写亚原子微粒（、等）而转变为另一种核素。在自然界，有的元素只有一种稳定核素（不计人造放射性同位素），称为单核素元素单核素元素，有的元素有几种稳定核素（半衰期特别长的天然放射性同位素也常认作稳定核素），称为多多核素核素元素元素。
10、核素、同位素和同位素丰度通常用元素符号左上下角添加数字作为核素符通常用元素符号左上下角添加数字作为核素符号号.核素符号左下角的数字是该核素的原子核里的核素符号左下角的数字是该核素的原子核里的质子数，左上角的数字称为该核素的质量数，即核质子数，左上角的数字称为该核素的质量数，即核内质子数与中子数之和。内质子数与中子数之和。具有相同核电荷数、不同中子数的核素属于同一具有相同核电荷数、不同中子数的核素属于同一种元素，在元素周期表里占据同一个位置，互称同种元素，在元素周期表里占据同一个位置，互称同位素。位素。核素、同位素和同位素丰度某元素的各种天然同位素的分数组成（原子百分比）称为同位素丰度。例如，氧
11、的同位素丰度为：f（16O）=99.76%,f（17O）=0.04%f,（18O）=0.20%,而单核素元素，如氟，同位素丰度为f （19F）=100%。有些元素的同位素丰度随取样样本不同而涨落，通常所说的同位素丰度是指从地壳（包括岩石、水和大气）为取样范围的多样本平均值。若取样范围扩大，需特别注明。原子的质量以原子质量单位u为单位的某核素一个原子的质量称为该核素的原子质量。1u等于核素12C的原子质量的1/12。有的资料用amu或mu作为原子质量单位的符号，在高分子化学中则经常把原子质量的单位称为“道尔顿”（小写字首的dalton）。1u等于多少?可着取决于对核素12C的一个原子的质量的测定
12、。最近的数据是：1u=1.660566（9）*10-24g核素的质量与12C的原子质量1/12之比称为核素的相对原子质量。核素的相对原子质量在数值上等于核素的原子质量，量纲为一。元素的相对原子质量（原子量）元素的相对原子质量（长期以来称为原子量）。根据国际原子量与同位素丰度委员会1979年的定义，原子量是指一种元素的1摩尔质量对核素12C的1摩尔质量的1/12的比值。这个定义表明：元素的相对原子质量（原子量）是纯数。单核素元素的相对原子质量（原子量）等于该元素的核素的相对原子质量。多核素元素的相对原子质量（原子量）等于该元素的天然同位素相对原子质量的加权平均值。加权平均值加权平均值就是几个数值
13、分别乘上一个权值再加权平均值就是几个数值分别乘上一个权值再加和起来。对于元素的相对原子质量（原子量），加和起来。对于元素的相对原子质量（原子量），这个权值就是同位素丰度。用这个权值就是同位素丰度。用Ar代表多核素元素代表多核素元素的相对原子质量，则：的相对原子质量，则：Ar=f fiMr,i式中：式中：f fi同位素丰度；同位素丰度；Mr,i同位素相对原子质量同位素相对原子质量1.2.5亚原子粒子亚原子粒子Subatomic particles The object of chemical study3.夸克夸克Quark2.亚原子粒子（基本粒子）亚原子粒子（基本粒子）Subatomic pa
14、rticles (elementary particles)夸克夸克质子质子中子中子原子核原子核电子电子原子原子( (离子离子) )分子分子微观微观（宇观）（宇观）宇宙宇宙单单 质质化合物化合物星体星体宏观宏观纳纳 米米材材 料料（介观）（介观）1化学研究的对象化学研究的对象哪些是关键性的问题呢？哪些是关键性的问题呢？ 化学反应的性能问题化学反应的性能问题; ;化学催化的问题化学催化的问题; ;生命过程中的生命过程中的化学问题。化学问题。 当今化学发展的趋势大致是：当今化学发展的趋势大致是： 由宏观到微观，由定性到定量，由稳定态向亚稳态，由由宏观到微观，由定性到定量，由稳定态向亚稳态，由经验上
15、升到理论并用理论指导实践，开创新的研究。经验上升到理论并用理论指导实践，开创新的研究。2.亚原子粒子亚原子粒子 人人们们将将组组成成原原子子的的微微粒粒叫叫亚亚原原子子粒粒子子。亚亚原原子子粒粒子子曾曾经经也也叫叫基基本本粒粒子子, , 近近些些年年越越来来越越多多的的文文献献就就将将其其叫叫粒粒子。迄今科学上发现的粒子已达数百种之多。子。迄今科学上发现的粒子已达数百种之多。 与化学相关的某些亚原子粒子的性质与化学相关的某些亚原子粒子的性质名称名称符号符号质量质量/u/u电荷电荷/e/e电子电子质子质子中子中子正电子正电子粒子粒子 粒子粒子光子光子epne+5.4861041.00731.00
16、87( (氦原子的核氦原子的核) ) ( (原子核射出的原子核射出的e e- -) )( (原子核射出的电磁波原子核射出的电磁波 ) )1105.48610412103.夸克夸克名称名称下夸克下夸克上夸克上夸克奇夸克奇夸克粲夸克粲夸克底夸克底夸克顶夸克顶夸克符号符号duscbt电荷电荷-1/3+2/3-1/3+2/3-1/3+2/3发现年代发现年代197419771995某些最重要的夸克某些最重要的夸克 根根据据 1 19 96 61 1 年年由由盖盖尔尔- -曼曼（Gell M-Mann）建建立立的的新新模模型型， 质质子子和和中中子子都都是是由由更更小小的的粒粒子子夸夸克克组组成成的的， 但但现现有有的的理理论论还还不不能能预预言言 ( (当然更不用说从实验上证明当然更不用说从实验上证明) )电子是可分的。电子是可分的。1-4原子结构的玻尔行星模型v1-4-1氢原子光谱v1-4-2玻尔理论氢原子光谱一、氢原子光谱焰火是热致发光。把气体装进真空管，真空管两端施以高压电，气体也会发光，叫做电致发光。如霓虹灯、高压汞灯、高压钠灯就是气体的电致发光现象。例如，氢、氖发红光，氩、汞发蓝光。“
