北京大学：《无机化学》课程PPT教学课件（生物类第二版）第九章 原子结构

《普通化学》课程的主要内容 物质的形 物质的 物质的制 态与结构 变化规律 备与性质 气液固体 化学热力学 元素通论 化学动力学 原子结构 sd区元素 酸碱平衡 分子结构 p区元素 沉淀平衡 d区元素 晶体结构 氧化还原 f元素 络合平衡 定性分析

《普通化学》课程的主要内容 物 质 的 变化规律 物质的制 备与性质 物质的形 态与结构 气液固体 原子结构 分子结构 晶体结构 化学热力学 化学动力学 酸碱平衡 沉淀平衡 氧化还原 络合平衡 元素通论 s,ds区元素 p区元素 d区元素 f区元素 定性分析

第九章原子结构 序言、 1原子的基本结构 四、多电子原子结构与元 2原子结构的历史回顾 素周期律 3现代原子结构学说的实验基础 1多电子原子轨道的能级 次序 氢原子光谱与Bohr模型 2屏蔽效应和钻穿效应 1氢原子光谱及 Balmers实验定律 3核外电子排布与元素周 2Bohr模型及其局限性 期律 微观粒子的运动规律 五、元素某些基本性质的 1波粒二象形和测不准原理 周期性变化规律 2波函数和电子云 1原子半径和离子半径 三、波函数和电子云的空间图象2电离能和亲合能 1电子云径向分布图 3电负性 2波函数角度分布图

第九章 原子结构 序言、 1 原子的基本结构 2 原子结构的历史回顾 3 现代原子结构学说的实验基础 一、氢原子光谱与Bohr模型 1 氢原子光谱及Balmer实验定律 2 Bohr 模型及其局限性 二、微观粒子的运动规律 1 波粒二象形和测不准原理 2 波函数和电子云 三、波函数和电子云的空间图象 1 电子云径向分布图 2 波函数角度分布图 四、多电子原子结构与元 素周期律 1 多电子原子轨道的能级 次序 2 屏蔽效应和钻穿效应 3 核外电子排布与元素周 期律 五、元素某些基本性质的 周期性变化规律 1 原子半径和离子半径 2 电离能和亲合能 3 电负性

原子结构 Atonic Structure Nucleus 历史发展 自学知识:见普化原理) 实验基础 ~10-4A 1-5A 基本结构 Particle Location Charge Mass(amu) Proton Nucleus 1.0 Neutron Nucleus 1.0 Electron Around nucleus 0.00055 关键问题:电子排布及其与化学性质之间的关系

原子结构 Atomic Structure • 历史发展 （自学知识：见普化原理） • 实验基础 • 基本结构 Particle Location Charge Mass(amu) Proton Nucleus +1 1.0 Neutron Nucleus 0 1.0 Electron Around nucleus -1 0.00055 关键问题：电子排布及其与化学性质之间的关系

*基本实验一探索原子结构 Probing atomic structure. pha rays beta gamma lead→ casing ha U. Th or po paper sample aluminum sheet Properties of Alpha Particles much more massive than electrons positively charged expose photographic film 02m07anl

*基本实验－探索原子结构

原子(Atom) 电子和原子核:带正电原子核和电子,静电吸引。形 成化学键时,电子运动发生改变,原子核不变 核的结构:带正电质子和不带电中子。质子与中子强 吸引作用与质子间静电排斥作用相对抗。Z增加,排斥 作用占主导。稳定存在的元素的数目有限。 同位素:质子数相同中子数不同的原子。天然混合同 位素组成元素,原子量由比例定。化学性质非常相似。 放射性:不稳定的核因发射高能粒子而分解。Z>83 (B)的元素都具有放射性。许多放射性同位素应用于 生化研究及医学诊断

原子(Atom) • 电子和原子核：带正电原子核和电子，静电吸引。形 成化学键时，电子运动发生改变，原子核不变。 • 核的结构：带正电质子和不带电中子。质子与中子强 吸引作用与质子间静电排斥作用相对抗。Z增加，排斥 作用占主导。稳定存在的元素的数目有限。 • 同位素：质子数相同中子数不同的原子。天然混合同 位素组成元素，原子量由比例定。化学性质非常相似。 • 放射性：不稳定的核因发射高能粒子而分解。Z > 83 (Bi)的元素都具有放射性。许多放射性同位素应用于 生化研究及医学诊断

氢原子光谱与Bohr模型 H: H 4|切2p4:(08i 656m 掌外光区 订见光区 红外光风一 教发出玉 镜 酣俊底板H 400 5元 :出8=3 实验规律( Balmer, Rydberg)-16 Paschen serie 3rd shell (n=3) Balmer series 波数=1 2nd shell (n=2) H 22n (n=3,4,5,…) Lvm an series RH= Rydberg常数, 为1.0967758×107(m1) 1312-r lst shell (n= 1) b)

一、氢原子光谱与Bohr模型 实验规律(Balmer, Rydberg) 波数 = 1/ = RH  (n = 3, 4, 5，…) RH = Rydberg 常数， 为1.0967758107 (m-1 )       −2 2 n 1 2 1

Bohr模型: 两个基本假设: (a)原子有确定的电子轨道(角动量是量子化的) n (n=1,2,3∷) h为Pank常数(6626×1034) (b)轨道能量是量子化的,电子跃迁吸收或发射能量 △E=E2-E1=E 光子 hv 由Bohr模型可直接导出 Balmer等人的经验公式 I B △E=B n, n. a hc n2 n Bohr模型的局限性: 对多原子体系不适用,也不能解释光谱的精细结构,等等。 2m03anl. mo

e Bohr模型的局限性： 对多原子体系不适用，也不能解释光谱的精细结构，等等。 没有正确描述电子的微观状态。 Bohr 模型: 两个基本假设： （a）原子有确定的电子轨道（角动量是量子化的） h为Plank常数（6.62610-34） （b）轨道能量是量子化的，电子跃迁吸收或发射能量 2 h L = n （n=1，2，3‥‥）   hc E = E2 − E1 = E光子 = h = 由Bohr模型可直接导出Balmer等人的经验公式          = − 2 2 2 1 n 1 n 1 E B         = − 2 2 2 1 n 1 n 1 hc 1 B 

微观粒子的运动规律 1、波粒二象性和测不准原理 1924年,法国 Louis de broglie 能量E=hu(频率) E,P粒性 动量P=h/入 U,入波性 De broglie lie关系 hh =-= P my 测不准关系 △x●△P≥ 4丌

1、波粒二象性和测不准原理 1924年，法国Louis de Broglie 能量 E = h（频率） 动量 P = h/ De Broglie关系 二、微观粒子的运动规律 mv h P h  = = E, P 粒性 ， 波性 测不准关系 4 h x • P 

[例]: 子弹,m=25×102Kg,v=300ms1 电子,m2=91×1031Kg,V=59×105ms; 波长: 子弹=h/(mv)=6.6×1034/(25×102×300) 88×1035(m)可忽略,主要表现为粒性。 电子=h/(mv) 66×1034/(9.1×1031×5.9×105) =12×1040(m)=1.2nm

子弹，m = 2.5 × 10-2 Kg, v = 300 ms-1 ; 电子，me = 9.1×10-31Kg, v = 5.9×10-5 ms-1 ; 波长： 子弹  = h / (mv) = 6.6×10-34 / (2.5 × 10-2  300) = 8.8  10-35 (m) 可忽略，主要表现为粒性。 电子  = h / (mv) = 6.6×10-34 / (9.1 × 10-31  5.9×10-5 ) = 12  10-10 (m) = 1.2 nm [例]：

粒子 质量(m)速度(v) 波长() (Kg) pm(A) lV电子91×10315.9×1051200(12A) 100V电子9x10315.9×106120(12A 10009子9.1×10315.9×10712(0.12A) 10000电子91×1031.2×1036(0.061A 垒球 20×10-130 1×10-34 枪弹 10×10210×103 60×10-36

粒子 质量(m) （Kg） 速度（v） (m/s) 波长（） pm(Å) 1V电子 9.110−31 5.9105 1200 (12Å) 100V电子 9.110−31 5.9106 120 (1.2 Å) 1000V电子 9.110−31 5.9107 12 (0.12 Å) 10000V电子 9.110−3 1 1.2108 垒球 2.010−1 30 1.110−34 枪弹 1.0103 6.010−36