《无机与分析化学》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 the Periodic Table of Elements

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

第 1 章 原子结构和 元素周期表

本章教学要求 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、电子亲和能和电负性的周期性变化。 上页 下页目录返回

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、电子亲和能和电负性的周期性变化。 本章教学要求

1.1 亚原子粒子Subatomic particles 1.2 波粒二象性一赖以建立现代模型的量子力学 本章内客 概念Wave-particle duality一a fundamental concept of quantum mechanics 1.3 氢原子结构的量子力学模型一波尔模型The quantum mechanical model of the structure of hydrogen atom-Bohr's model 1.4 原子结构的波动力学模型 The wave mechanical model of the atomic structure 1.5多电子原子轨道的能级 Energy level in polyelectronic 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 目录 返回

1.1 亚原子粒子 Subatomic particles 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 fundamental concept of quantum mechanics 1.3 氢原子结构的量子力学模型 — 波尔模型 The quantum mechanical model of the structure of hydrogen atom —Bohr’s model 1.4 原子结构的波动力学模型 The wave mechanical model of the atomic structure 1.5 多电子原子轨道的能级 Energy level in polyelectronic 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

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 目录返回

1.1 亚原子粒子 Subatomic particles 1.1.1 化学研究的对象 The object of chemical study 1.1.3 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 宇宙 质子 纳米 材料 (宇观) 夸克 原子核 原子 (离子) 分子 单质 化合物 星体 中子 电子 微观 (介观) 宏观 当今化学发展的趋势大致是： 由经室到毫餐并甪鑫窖妻中彝寄攙杏， 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。 上页 区回

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，开创新的研究

1.1.2 亚原子粒子 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。 与化学相关的某些亚原子粒子的性质 名称 符号 质量/ù 电荷/e 电子 e 5.486×10-4 -1 质子 p 1.0073 +1 中子 n 1.0087 0 正电子 e 5.486×10-4 +1 a粒子 0 (氦原子的核) +2 B粒子 B (原子核射出的e) -1 Y光子 Y (原子核射出的电磁波) 0 上页 下页 目录 返回

1.1.2 亚原子粒子 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。 与化学相关的某些亚原子粒子的性质 名称 符号 质量/u 电荷/e 电子 质子 中子 正电子 α粒子 β粒子 γ光子 e – p n e + α β γ 5.486×10–4 1.0073 1.0087 (氦原子的核) (原子核射出的e-) (原子核射出的电磁波 ) – 1 ＋1 0 5.486×10–4 ＋1 ＋2 – 1 0

1.1.3夸克 根据1961年由盖尔-曼(GelM-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。 某些最重要的夸克 名称 下夸克 上夸克 奇夸克 粲夸克 底夸克 顶夸克 符号 d u 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 上页 下页 返回

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 某些最重要的夸克 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

波粒二象性一 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An embarrassment 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 目录 返回

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 1.2.3 微粒的波动性 Wave — like particle 1.2.2 波的微粒性 Particle — like wave 1.2.1 经典物理学概念面临的窘境 An embarrassment of the concepts of the classical physics

1.2.1经典物理学概念面临的窘境 释放a粒子的铀源 绝大多数a离子 一些a粒子被散射 (嵌在铅盒中以使 直线穿过金属箔片 大部分的辐射被 吸收) a粒子束 薄金属箔片 用以检测散 射a粒子的荧光 电子散布在收中 分布的正电荷 Rutherford“太阳-行星模型”的要点 :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。 上页 录 返回

1.2.1 经典物理学概念面临的窘境 Rutherford “太阳-行星模型 ”的要点 ：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

什么是 经典物理学概念面临的窘境？ 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。 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境地。 会不会？ 上页 下页目录 返回

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。 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。 经典物理学概念面临的窘境 ？ 会不会？！