西北大学：《普通化学》课程教学资源（PPT课件）第一章 原子结构和元素周期表 Atomic Structure and Periodic Table of Elements

第1章】 原子结构和 元素周期表 Chapter 1 Atomic Structure and Periodic Table of Elements 节首 节尾

1 第 1 章 原子结构和 元素周期表 Chapter 1 Atomic Structure and Periodic Table of Elements

本章数学要求 1. 初步了解原子核外电子运动的近代概念、原子能级、波粒 二象性、原子轨道（波函数）和电子云概念. 2. 了解四个量子数对核外电子运动状态的描述，掌握四个量 子数的物理意义、取值范围 3.熟悉s、p、d原子轨道的形状和方向 4. 理解原子结构的近似能级图，掌握原子核外电子排布的一 般规则和s、p、小、f区元素的原子结构特点 5. 会从原子的电子层结构了解元素性质，熟悉原子半径、电 离能、电子亲合能和电负性的周期性变化： 上页下页节首节尾

2 1． 初步了解原子核外电子运动的近代概念、原子能级、波粒 二象性、原子轨道（波函数）和电子云概念. 2． 了解四个量子数对核外电子运动状态的描述，掌握四个量 子数的物理意义、取值范围. 3． 熟悉 s、p、d 原子轨道的形状和方向. 4． 理解原子结构的近似能级图，掌握原子核外电子排布的一 般规则和 s、p、d、f 区元素的原子结构特点. 5． 会从原子的电子层结构了解元素性质，熟悉原子半径、电 离能、电子亲合能和电负性的周期性变化. 本章教学要求

本章教学内容 1.1 亚原子粒子 subatomic particles 1.2 波粒二象性一赖以建立现代wave-particle duality-一a 模型的量子力学概念 fundamental concept of quantum mechanics 1.3氢原子结构的量子力学模型 the quantum mechanical model of the structure of hydrogen atom- 一波尔模型 Bohr'model 1.4 原子结构的波动力学模型 the wave mechanical model of the structure of atom 1.5多电子原子轨道的能级 the energy level of many-electron atoms 1.6基态原子的核外电子排布 ground-state electron configuration 1.7元素周期表 the periodic table of elements 1.8原子参数 atomic parameters 上页 下页 节首 节尾

3 1.1 亚原子粒子 subatomic particles 1.2 波粒二象性— 赖以建立现代wave-particle duality — a 模型的量子力学概念 fundamental concept of quantum mechanics 1.3 氢原子结构的量子力学模型 the quantum mechanical model of the structure of hydrogen atom— — 波尔模型 Bohr’ model 1.4 原子结构的波动力学模型 the wave mechanical model of the structure of atom 1.5 多电子原子轨道的能级 the energy level of many-electron atoms 1.6 基态原子的核外电子排布 ground-state electron configuration 1.7 元素周期表 the periodic table of elements 1.8 原子参数 atomic parameters 本章教学内容

1.1亚原子粒子（subatomic particles 1.1.1 化学研究的对象 the object of chemical study 1.1.2 亚原子粒子（基本粒子） subatomic particles elementary particles) 1.1.3 夸克 Quark 上页下页节首节尾

4 1.1 亚原子粒子（subatomic particles ） 1.1.1 化学研究的对象 the object of chemicalstudy 1.1.3 夸克 Quark 1.1.2 亚原子粒子（基本粒子） subatomic particles ( elementary particles)

1.1.1化学研究的对象 纳米 宇宙 材料 质子 (宇观) 夸克 原子核 原子 单质 星体 中子 (离子) 化合物 电子 (介观) 宏观 微观 当今化学发展的趋势大致是： 到理图奔醒罄÷群鼎馨款向亚稳态，由经上牙 哪些是关键性的问题呢？ 化学反应的性能问题化学催化的问题；生命过程中的化学问题， 总之，化学已成为中心学科，与21世纪的四个重大课题（能源、 材料、环境和生命科学)都有关 上页 页 节首 节尾

5 夸克 质子 中子 原子核 电子 原子 (离子) 分子 微观 （宇观） 宇宙 单质 化合物 星体 宏观 纳 米 材料 （介观） 1.1.1 化学研究的对象 哪些是关键性的问题呢？ 化学反应的性能问题;化学催化的问题;生命过程中的化学问题. 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，由经验上升 到理论并用理论指导实践，进而开创新的研究. 总之，化学已成为中心学科，与 21 世纪的四个重大课题（能源、 材料、环境和生命科学）都有关

1.1.2亚原子粒子 原子是化学上最重要、使用最频繁的术语之一，原是希腊语中意 为“不可再分”意思.随着科学的发展，道尔顿(Dalton J)于1803年 提出了第一个现代原子论，但他接受了“不可再分”的概念.随着电 子的发现，接着发现了α粒子、质子和中子，如果将电子看作原子上 掉下的“碎屑”，α粒子就算得上原子分裂的“碎块”了.人们将组 成原子的微粒叫亚原子粒子.亚原子粒子曾经也叫基本粒子，近些年 越来越多的文献就将其叫粒子.迄今科学上发现的粒子已达数百种 之多 Properties of some subatomic particles Particle Symbol Mass/u Charge/e** Electron e 5.486×104 Proton p 1.0073 +1 Neutron n 1.0087 0 Positron e 5.486×104 +1 a particle a (He nucleus) +2 Bparticle w (e ejected from nucleus) -1 photon (electromagnetic radiation from nucleus) 0 上页 下页 节首 节尾

6 Particle Symbol Mass/u* Charge/e** Electron Proton Neutron Positron αparticle βparticle γphoton e - p n e + α β γ 5.486×10-4 1.0073 1.0087 5.486×10-4 (He nucleus) (e- ejected from nucleus) (electromagnetic radiation from nucleus) －1 ＋1 0 ＋1 ＋2 －1 0 Properties of some subatomic particles 1.1.2 亚原子粒子 原子是化学上最重要、使用最频繁的术语之一, 原是希腊语中意 为“不可再分”意思. 随着科学的发展, 道尔顿(Dalton J)于1803年 提出了第一个现代原子论, 但他接受了“不可再分”的概念. 随着电 子的发现, 接着发现了α 粒子、质子和中子, 如果将电子看作原子上 掉下的“碎屑” , α 粒子就算得上原子分裂的“碎块”了. 人们将组 成原子的微粒叫亚原子粒子. 亚原子粒子曾经也叫基本粒子, 近些年 越来越多的文献就将其叫粒子. 迄今科学上发现的粒子已达数百种 之多

1.1.3夸克 根据1961年由盖尔-曼(Gell M-Mann)建立的新模型，质子 和中子都是由更小的粒子夸克组成的，但现有的理论还不能预言 (当然更不用说从实验上证明)电子是可分的 Some primary particles 名称 下夸克 上夸克 奇夸克 粲夸克 底夸克 顶夸克 符号 d b t 电荷 -1/3 +2/3 -1/3 +2/3 -1/3 +2/3 质量 均为质子的1/100或1/200 质子的 200倍 发现年代 1974 1977 1995 页 节首 节尾

7 1.1.3 夸克 名称 下夸克 上夸克 奇夸克 粲夸克 底夸克 顶夸克 符号 d u s c b t 电荷 -1/3 +2/3 -1/3 +2/3 -1/3 +2/3 质量 均为质子的1/100或1/200 质子的 200倍 发现年代 1974 1977 1995 Some primary particles 根据 1961 年由盖尔-曼（Gell M-Mann）建立的新模型， 质子 和中子都是由更小的粒子夸克组成的， 但现有的理论还不能预言 （当然更不用说从实验上证明）电子是可分的

1.2波粒二象性一 赖以建立现代模型的量子力 学概念(wave-particle duality一a fundamen- tal concept of quantum mechanics) 1.2.1经典物理学概念面临的窘境（n emba- rrassment of the concepts of the classical physics) 1.2.2波的微粒性（particle一like wave 1.2.3微粒的波动性(wave一like particle)) 上页下页节首节尾

8 1.2.1 经典物理学概念面临的窘境（an emba￾rrassment of the concepts of the classical physics) 1.2.2 波的微粒性（particle — like wave ) 1.2.3 微粒的波动性（wave — like particle) 1.2 波粒二象性 — 赖以建立现代模型的量子力 学概念(wave-particle duality—a fundamen￾tal concept of quantum mechanics)

1.2.1经典物理学概念面临的窘境 Some alph L'ranium source of Rutherford's experiment on a particle bombardment of metal foil Rutherford i根据a粒子散射实验，创立了 关于原子结构的“太阳行星模型”.其要点是 i.所有原子都有一个核即原子核(nucleus); 2.核的体积只占整个原子体积极小的一部分： 3.原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上； 4.电子像行星绕着太阳那样绕核运动. 页 节首 节尾

9 1.2.1 经典物理学概念面临的窘境 Rutherford 根据  粒子散射实验，创立了 关于原子结构的 “太阳-行星模型”. 其要点是 ： 1. 所有原子都有一个核即原子核(nucleus)； 2. 核的体积只占整个原子体积极小的一部分； 3. 原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上； 4. 电子像行星绕着太阳那样绕核运动. Rutherford’s experiment on α particle bombardment of metal foil

is the embarrassment of the concepts of the classical physics 在对粒子散射实验结果的解释上，新模型的成功是显而易见的， 至少要点中的前三点是如此.问题出在第4点，尽管卢瑟夫正确地认 识到核外电子必须处于运动状态，但将电子与核的关系比作行星与 太阳的关系，却是一幅令人生疑的图像 根据当时的物理学概念，带电微粒 在力场中运动时总要产生电磁辐射并 逐渐失去能量，运动着的电子轨道会越 来越小，最终将与原子核相撞并导致原 子毁灭.由于原子毁灭的事实从未发生 ,将经典物理学概念推到前所未有的尴 尬境地. An unsatisfactory atomic model 上页 下页 节首 节尾

10 在对粒子散射实验结果的解释上, 新模型的成功是显而易见的, 至少要点中的前三点是如此. 问题出在第4点, 尽管卢瑟夫正确地认 识到核外电子必须处于运动状态, 但将电子与核的关系比作行星与 太阳的关系,却是一幅令人生疑的图像. isthe embarrassment of the concepts of the classical physics ? 根据当时的物理学概念, 带电微粒 在力场中运动时总要产生电磁辐射并 逐渐失去能量, 运动着的电子轨道会越 来越小, 最终将与原子核相撞并导致原 子毁灭. 由于原子毁灭的事实从未发生 , 将经典物理学概念推到前所未有的尴 尬境地. An unsatisfactory atomic model