《医用化学》课程电子教案（PPT教学课件）第五章 原子结构

第五章原子结构 本章知识点与考核要求 •核外电子的运动的特殊性 •核外电子运动状态的描述 •多电子原子结构 •元素周期表 •元素性质的周期性

第五章 原子结构 本章知识点与考核要求 •核外电子的运动的特殊性 •核外电子运动状态的描述 •多电子原子结构 •元素周期表 •元素性质的周期性

第一节， 核外电子的特殊性 原子是化学变化中的最小微粒。 一波尔理论 氢原子是最简单、最理想的原子。 将低压氢气的放电管发出的光通过分光棱 镜可以得到四条明显的光谱线

第一节 核外电子的特殊性 一 .波尔理论 氢原子是最简单、最理想的原子。 将低压氢气的放电管发出的光通过分光棱 镜可以得到四条明显的光谱线。 原子是化学变化中的最小微粒

紫外区 可见光区 红外区 Ha H 入/nm 364.6 397.0410.2434.0 486.1 656.3 狭缝 氢放电管 棱镜 电子跃迁 释放光子 氢原子光谱

氢 原子光 谱 电子跃迁 释放光子

1913年，丹麦Bohr的“定态原子模型”（波尔理 论借助Planck的热辐射的量子理论、Einstein的光 子学说、Rutherford的行星式原子模型，建立了 氢原子模型。提出了著名的Bohr理论。 1.电子沿固定轨道绕核运动，电子在轨道上运动 时，不吸收也不辐射能量，称为“定态”；在一定的 轨道上运动的电子具有一定的能量值E称为能级。 能量最低时，称为基态（ground state)。 电子能量较高，称为激发态(excited state)

1913年，丹麦Bohr的“定态原子模型” （波尔理 论）借助Planck的热辐射的量子理论、Einstein的光 子学说、 Rutherford 的行星式原子模型，建立了 氢原子模型。提出了著名的Bohr理论。 1. 电子沿固定轨道绕核运动,电子在轨道上运动 时，不吸收也不辐射能量，称为“定态” ；在一定的 轨道上运动的电子具有一定的能量值E,称为能级。 能量最低时，称为基态（ground state）。 电子能量较高，称为激发态（excited state）

2能级间的跃迁：当电子能量由一个能级改变为另一 个能级时，称为跃迁(transition)。电子跃迁时所 吸收或辐射的光子的能量等于两能级差，即： hw=E2-E1=△E U为光子的频率； 为普朗克常数(6.626×10-34Js) ·Bohr成功地解释了氢原子的稳定性和不连续光谱。 但未能冲破经典物理学的束缚，不能解释多电子原 子光谱，甚至不能说明氢原子光谱的精细结构。 微观粒子的运动不遵守经典物理学规律，具有波粒二象性

2.能级间的跃迁：当电子能量由一个能级改变为另一 个能级时，称为跃迁（transition）。电子跃迁时所 吸收或辐射的光子的能量等于两能级差，即： υ 为光子的频率； h为普朗克常数（6.626×10-34 J·s） hυ = E2－E1 =△E •Bohr成功地解释了氢原子的稳定性和不连续光谱。 但未能冲破经典物理学的束缚，不能解释多电子原 子光谱，甚至不能说明氢原子光谱的精细结构。 微观粒子的运动不遵守经典物理学规律，具有波粒二象性

二、电子的波粒二象性(Duality） 1924年法国物理学家德布罗意 (L.de Brogile)在研究电子的运动 规律时，受光的波粒二象性的启发 大胆提出： 电子等实物粒子（原子、质子、中子） 不仅具有粒子性，也具有波动性。 德布罗意，L. 电子绕核运动具有波粒二象性（特殊性）。既有微 粒性（具有质量和速度），又有波动性（有波长）

二、电子的波粒二象性(Duality) 1924年法国物理学家德布罗意 (L.de Brogile) 在研究电子的运动 规律时，受光的波粒二象性的启发， 大胆提出： 电子等实物粒子(原子、质子、中子) 不仅具有粒子性，也具有波动性。 电子绕核运动具有波粒二象性(特殊性)。既有微 粒性（具有质量和速度），又有波动性（有波长）

1927年，美国的Davisson和Germeri证明了 电子束同X射线一样具有波动性。如下图： 晶体 晶体 电子源 a 电子源 (b） (c) 行射强度大的地方出现的机会多 衍射强度小的地方出现的机会少

衍射强度大的地方出现的机会多， 衍射强度小的地方出现的机会少. 1927年,美国的Davisson和Germer证明了 电子束同X射线一样具有波动性。如下图：

第二节核外电子运动状态的描述 一、波函数 电子具有波粒二象性。它是在 原子核静电引力作用下的运动 这种运动如何去描述呢？ 1926年奥地利物理学家 Schrodinger提出了著名的薛 定鄂方程，它是在力场作用下 薛定谔，E 微观粒子运动的波动方程。 6为ap+Cp+8πm(B-p帅=0 h

第二节 核外电子运动状态的描述 1926年奥地利物理学家 Schrödinger提出了著名的薛 定鄂方程，它是在力场作用下 微观粒子运动的波动方程。 电子具有波粒二象性。它是在 原子核静电引力作用下的运动， 这种运动如何去描述呢? 一、波函数 ( ) 0 8 2 2 2 2 2 2 2 2 + + + −  =       E V m x y z h    

(1)波函数是Schrodinger方程的解，它不是一个数 值，而是一个空间坐标的函数式。 （2)电子的运动状态用波函数描述。波函数表 示电子的概率密度。 (3)描述原子中单个电子运动状态的波函数少称为 原子轨道（atomic orbital)。原子轨道的大小指电 子出现的概率在99%的空间区域的界面。 (4)解Schrodinger方程可以获得一系列合理的解少 及其相应的能量E,电子的能量是不连续的（量子化）

(1)波函数Ψ是Schrodinger方程的解，它不是一个数 值，而是一个空间坐标的函数式。 （3）描述原子中单个电子运动状态的波函数Ψ 称为 原子轨道（atomic orbital）。原子轨道的大小指电 子出现的概率在99％的空间区域的界面。 (4) 解Schrodinger方程可以获得一系列合理的解Ψ 及其相应的能量E ，电子的能量是不连续的(量子化)。 （2）电子的运动状态用波函数ψ描述。波函数ψ2表 示电子的概率密度

薛定鄂方程有很多解，但并非每个解都合理。 要取得合理解，需引入三个参数八、人m,称为量 子数，当三个量子数的取值和组合一定时，就有了一个 确定的波函数n.1.m(G8p) 三个量子数的取值限制和物理意义 1.主量子数(principal quantum number) n n=1,2,3.非零的任意正整数 n又称为电子层(shell) 光谱学上：K、L、M、N、O、P、Q. 物理意义：决定电子在核外空间出现概率最大的区域 离核的远近；决定电子能量高低的主要因素

薛定鄂方程有很多解，但并非每个解都合理。 要取得合理解，需引入三个参数 n、l、m，称为量 子数, 当三个量子数的取值和组合一定时，就有了一个 确定的波函数Ψn、l、m(r,θ,φ) 。 1. 主量子数 (principal quantum number) n 物理意义：决定电子在核外空间出现概率最大的区域 离核的远近；决定电子能量高低的主要因素。 n = 1, 2, 3. 非零的任意正整数 n又称为电子层（ shell ） 光谱学上：K、L、 M、N、O、P、Q. 三个量子数的取值限制和物理意义：