《人类对原子结构的认识历史.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人类对原子结构的认识历史.ppt（43页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、人类对原子结构的认识历史 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 原子是组成原子是组成物体的不可分割物体的不可分割的最小微粒。的最小微粒。水的原子平水的原子平滑呈圆形，因此滑呈圆形，因此水才能流动而无水才能流动而无固定形状。火的固定形状。火的原子是多刺的，原子是多刺的，这就是烧灼使人这就是烧灼使人痛苦的原因。痛苦的原因。德谟克利特（古希腊德谟克利特（古希腊学者前学者前460460前前362362）原子是不能再分的粒子；原子是不能再分的粒子；同种元素的原子的
2、各种性同种元素的原子的各种性质和质量都相同，不同元素质和质量都相同，不同元素的原子，其形状、质量不同，的原子，其形状、质量不同，各种性质也不相同；各种性质也不相同；原子是很小的实心球体。原子是很小的实心球体。道尔顿的原子论与已发现的道尔顿的原子论与已发现的元素相对应，有多少种元素元素相对应，有多少种元素就有多少种原子。就有多少种原子。道尔顿道尔顿（17661844）英国化学家英国化学家 18971897年年4 4月月3030日发现了电子日发现了电子 汤姆逊汤姆逊 (18561940)卢卢瑟福瑟福（1871187119371937）葡萄干面包模型葡萄干面包模型 用高速用高速飞飞行的行的粒子作粒子
3、作为为炮炮弹弹，去，去轰击轰击极薄的金箔极薄的金箔“行星系式行星系式”的原子模型的原子模型（1885188519621962）当电子绕核运动时应该当电子绕核运动时应该不断地辐射电磁波，电子的不断地辐射电磁波，电子的运动能量也应不断减少，最运动能量也应不断减少，最后会使电子坠落到原子核上，后会使电子坠落到原子核上，原来的原子很快就会毁灭原来的原子很快就会毁灭 电子在绕核运动中能量电子在绕核运动中能量逐渐减少，辐射的电磁波的逐渐减少，辐射的电磁波的频率应是逐渐变化的，发出频率应是逐渐变化的，发出的光谱应是连续的，但实际的光谱应是连续的，但实际测得的原子光谱，却不是连测得的原子光谱，却不是连续的光谱
4、续的光谱 电子只能在具有一定能量的电子只能在具有一定能量的特定轨道上运动而不能在任特定轨道上运动而不能在任意轨道上运动，电子在这些意轨道上运动，电子在这些特定轨道上运动时，既不吸特定轨道上运动时，既不吸收能量也不辐射能量。当电收能量也不辐射能量。当电子从能量高的轨道向能量低子从能量高的轨道向能量低的轨道跃迁时，它们就发射的轨道跃迁时，它们就发射电磁波，反之就吸收电磁波。电磁波，反之就吸收电磁波。19131913年提出年提出依据是普朗克依据是普朗克的量子理论的量子理论原子的量子化轨道模型假说原子的量子化轨道模型假说 普朗克普朗克 德国物理学家德国物理学家 电电子子在在核核外外有有些些地地方方出出
5、现现的的几几率率大大，在在有有些些地地方方出出现现的的几几率率少少，通通常常用用所所谓谓的的“电电子子云云”名名称称形形象象地地加加以以描描述述。电电子子运运动动的的轨轨道道也也不不是是传传统统意意义义上上的的轨轨道道，而而是是通通过过求求解解薛薛定定谔谔波波动动方方程程的的一一个个统统计计值值，指指的的是是电电子子出出现现几几率率最最大大的的区区域域。这这个个建建立立在在量量子子力力学学基基础础上上的的原原子子结结构构模模型型才才是是今今天天我我们们认认识识的的、完完整整的的、科科学学的的原原子子结结构理论。构理论。德谟克利特：朴素原子观德谟克利特：朴素原子观道尔顿：原子学说道尔顿：原子学说
6、汤姆生：汤姆生：“葡萄干面包式葡萄干面包式”模模型型卢瑟福卢瑟福：带核原子结构模型：带核原子结构模型玻尔玻尔：原子轨道模型：原子轨道模型现代量子力学模型现代量子力学模型180319041911191319261.1.人类认识原子结构的历史人类认识原子结构的历史2.2.我们所认识的原子结构我们所认识的原子结构（1 1）原子的基本构成粒子）原子的基本构成粒子（2 2）粒子的电性）粒子的电性（3 3）数量关系、质量、体积特点）数量关系、质量、体积特点运动物体运动物体汽车汽车炮弹炮弹人造卫星人造卫星宇宙飞船宇宙飞船电子电子速率（速率（Km/S)0.0327.81122001、核外电子运动特征：、核外电
7、子运动特征：乒乓球直径乒乓球直径核外电子运动空间范围核外电子运动空间范围4 10-2 mn 10-10 m测不准测不准质量小、速度大、运动空间小质量小、速度大、运动空间小电子的质量仅为质子质量的1/1836图中图中 表示原子核，一个小黑点代表表示原子核，一个小黑点代表电子在这里出现过一次电子在这里出现过一次小黑点的小黑点的疏密疏密表示电子在表示电子在核外空间核外空间单位体积内单位体积内出现的出现的概率概率的大小。的大小。1 1、关于、关于“电子云电子云”的描述中，正确的是的描述中，正确的是 A A、一个小黑点表示一个电子、一个小黑点表示一个电子B B、小黑点代表电子数的多少、小黑点代表电子数的
8、多少C C、电子云是带正电的云雾、电子云是带正电的云雾D D、小黑点的疏密表示电子在核外空间单位、小黑点的疏密表示电子在核外空间单位体积内出现机会的多少体积内出现机会的多少D D巩固练习2 2、多电子核外电子的运动、多电子核外电子的运动电子云电子云能量越高。能量越高。离核越远；离核越远；分层运动（排布）；分层运动（排布）；QPONMLK76543212 2、下面关于多电子原子核外电子的运动、下面关于多电子原子核外电子的运动规律的叙述正确的是（规律的叙述正确的是（）A A、核外电子是分层运动的、核外电子是分层运动的 B B、所有电子在同一区域里运动、所有电子在同一区域里运动 C C、能量高的电子
9、在离核近的区域运动、能量高的电子在离核近的区域运动 D D、能量低的电子在离核低的区域运动、能量低的电子在离核低的区域运动ADAD3 3、核外电子核外电子排布规律：排布规律：（1 1）能量最低原理：）能量最低原理：电子先排布在能量较电子先排布在能量较低的轨道上。低的轨道上。（2）每层每层2n2n2 2个。个。最外层最外层 8 8个（个（K K层时层时2 2个），如果最个），如果最外层为外层为8 8个（个（K K层为层为2 2个）就达到了饱个）就达到了饱和稳定结构。和稳定结构。次外层次外层 1818个，倒数第三层个，倒数第三层 32324 4、原子结构示意图：、原子结构示意图：镁原子镁原子（Mg
10、)原子核原子核质子数质子数电子层电子层该层上的电子数该层上的电子数第一层第一层 倒数第一层倒数第一层 最外层最外层 次外层次外层电子层数为电子层数为_层。层。核电荷数为核电荷数为1 11818的元素的原子结构示意图的元素的原子结构示意图金属元素金属元素非金属元素非金属元素稀有气体元素稀有气体元素最外层电子数最外层电子数一般少于一般少于4 4个个最外层电子数最外层电子数一般多于一般多于4 4个个最外层电子数最外层电子数已达到最多（已达到最多（2 2个或个或8 8个）个）画出画出K K、CaCa、FeFe原子的原子结构示意图：原子的原子结构示意图：K KCaCaFeFe结论：同一电子层内，电子能量
11、也并非完全相同。结论：同一电子层内，电子能量也并非完全相同。5 5、原子轨道、原子轨道电子亚层电子亚层 量子力学研究表明，处于同一电子层量子力学研究表明，处于同一电子层的原子核外电子，也可以在不同类型的的原子核外电子，也可以在不同类型的原原子轨道子轨道上运动。上运动。轨道的轨道的类型不同类型不同，轨道的轨道的形状也不同形状也不同。用用s s、p p、d d、f f分别表示不同形状的轨道分别表示不同形状的轨道。s s轨道：轨道：球球形形p p轨道：轨道：纺锤纺锤形形（1 1）原子轨道的特点）原子轨道的特点:ss原子轨道是原子轨道是球球形的，形的，p p原子轨道是原子轨道是纺锤纺锤形的；形的；ss
12、轨道是球形对称的，所以只有轨道是球形对称的，所以只有1 1个轨道；个轨道；pp轨道在空间上有轨道在空间上有x x、y y、z z三个伸展方向，三个伸展方向，所以所以p p轨道包括轨道包括p px x、p py y、p pz z3 3个轨道；个轨道；dd轨道有轨道有5 5个伸展方向（个伸展方向（5 5个轨道）个轨道）f f轨道有轨道有7 7个伸展方向（个伸展方向（7 7个轨道）个轨道）；(p11)(p11)电子层电子层原子轨原子轨道类型道类型原子轨道原子轨道数目数目可容纳的可容纳的电子数目电子数目1 11s1s2 22s2s，2p2p3 33s3s，3p3p，3d3d4 44s4s，4p4p，4
13、d4d，4f4fn n1 12 24 48 89 9181816163232（2 2）各电子层包含的原子轨道数目和可容纳的电子数）各电子层包含的原子轨道数目和可容纳的电子数（3 3）各原子轨道的能量高低：）各原子轨道的能量高低：电子层和形状相同的原子轨道的能量相电子层和形状相同的原子轨道的能量相等，如等，如2p2px x、2p2py y、2p2pz z轨道的能量相等。轨道的能量相等。相同电子层上原子轨道能量的高低相同电子层上原子轨道能量的高低：ns ns np np nd nd nf nf形状相同的原子轨道能量的高低形状相同的原子轨道能量的高低：1s 1s 2s 2s 3s 3s 4s 4s多
14、电子原子中，电子填充原子轨道时，原子多电子原子中，电子填充原子轨道时，原子轨道能量的高低存在如下规律：轨道能量的高低存在如下规律：2p2px x2p2py y2p2pz z3 3、有下列四种轨道：、有下列四种轨道：2s2s、2p2p、3p3p、4d4d，其中能量最高的是（，其中能量最高的是（）A.2s B.2p C.3p D.4dA.2s B.2p C.3p D.4dD D4 4、用、用“”“”“”或或“”表示下列各组表示下列各组多电子原子的原子轨道能量的高低多电子原子的原子轨道能量的高低 3s 3s 3p 2p 3p 2px x 2p 2py y 3s 3s 3d 3d 4s 4s 3p 3
15、p 5 5、比较下列多电子原子的原子轨道能、比较下列多电子原子的原子轨道能量的高低量的高低 2s 2p 4s 2s 2p 4s 3s 3p 4p 3s 3p 4p2s2s2p2p4s4s3s3s3p3p4p4p（4 4）电子自旋：）电子自旋：原子核外电子还有一种称为原子核外电子还有一种称为“自旋自旋”的运动。原子核外电子的自旋可以有的运动。原子核外电子的自旋可以有两种不同的状态，通常人们用向上箭头两种不同的状态，通常人们用向上箭头“”“”和向下箭头和向下箭头“”“”来表示这两种来表示这两种不同的自旋状态。当然，不同的自旋状态。当然，“电子自旋电子自旋”并非真像地球绕轴自旋一样，它只是代并非真像
16、地球绕轴自旋一样，它只是代表电子的两种不同状态。表电子的两种不同状态。处于同一电子层的原子核外电子处于同一电子层的原子核外电子,也可以在不也可以在不 同类型的同类型的 上运动上运动,不同，不同，的的形状也不同。形状也不同。S S轨道是轨道是 对称的对称的,所以所以S S轨轨道道 个轨道；个轨道；P P轨道在空间有轨道在空间有 个个伸展方向伸展方向,所以所以P P轨道包括轨道包括 个个轨道；轨道；d d轨道有轨道有 个轨道、个轨道、f f轨道有轨道有 个个轨道。每一个原子轨道上只能有轨道。每一个原子轨道上只能有 个自旋个自旋状态不同的核外电子。状态不同的核外电子。原子轨道原子轨道轨道类型轨道类型
17、轨道轨道球形球形1 1x x、y y、z zpx、py、pz 357 72 2填空：填空：描述原子核外电子的运动描述原子核外电子的运动状态涉及状态涉及电子层电子层、原子轨道原子轨道和和电电子自旋子自旋。科学家经过研究发现，。科学家经过研究发现，原子核外电子的排布遵循能量最原子核外电子的排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪特低原理、泡利不相容原理和洪特规则。规则。1 1原子核外电子排布原理原子核外电子排布原理（1 1）能量最低原理能量最低原理。原子核外。原子核外电子先占有能量低的轨道然电子先占有能量低的轨道然后依次进入能量较高的轨道。后依次进入能量较高的轨道。（2 2）泡利不相容原理泡利不相
18、容原理。每个原。每个原子轨道上最多只能容纳两个自子轨道上最多只能容纳两个自旋状态不同的电子。旋状态不同的电子。（3 3）洪特规则洪特规则。原子核外电子。原子核外电子在能量相同的各个轨道上排布在能量相同的各个轨道上排布时时电子尽可能分占不同的原电子尽可能分占不同的原子轨道，子轨道，自旋状态相同，自旋状态相同，全充或半充满时能量最低。全充或半充满时能量最低。2 2原子的电子排布式和轨道表示式原子的电子排布式和轨道表示式(1)(1)电子排布式的书写格式：电子排布式的书写格式：元素符号；元素符号；轨道符号轨道符号(带电子层数带电子层数)；电子个数电子个数(右上角右上角)。练习练习:写出下列元素的电子排
19、布式写出下列元素的电子排布式:NaNa：K K：RbRb：1s2 22s2 22p6 63s1 11s2 22s2 22p6 63s2 23p6 64s1 11s2 22s2 22p6 63s2 23p6 64s2 23d10104p6 65s1 12 2原子的电子排布式和轨道表示式原子的电子排布式和轨道表示式(2)(2)轨道表示式的书写格式：轨道表示式的书写格式：元素符号；元素符号；轨道框轨道框(一个轨道一个框，能量相同的轨道一个轨道一个框，能量相同的轨道连在一起连在一起)；电子及自旋状态电子及自旋状态(、)。练习练习:画出下列元素的轨道表示式画出下列元素的轨道表示式:C C：NaNa：N：
20、Mg：练习练习:画画出出136号号元素的轨道表示式。元素的轨道表示式。(3)(3)原子外围电子排布式：原子外围电子排布式：原子实：将原子内层已达到稀有气体结构原子实：将原子内层已达到稀有气体结构的部分写成的部分写成“原子实原子实”，以稀有气体的元素，以稀有气体的元素符号外加方括号表示。符号外加方括号表示。在化学反应中，原子外围电子发生变化，在化学反应中，原子外围电子发生变化，而而“原子实原子实”不受影响。不受影响。也可以省去也可以省去“原子实原子实”，直接写出，直接写出原子外原子外围电子排布式围电子排布式。练习练习:写出下列元素的原子实表示式写出下列元素的原子实表示式:NaNa：S S：Ca:Ca:Br:Br:练习练习:写出下列原子的写出下列原子的电子排布式电子排布式、轨轨道表示式道表示式、原子结构示意图原子结构示意图、原子实表原子实表示式示式、原子外围电子排布式、主族元素原子外围电子排布式、主族元素的电子式的电子式。H He C N Ne Na ClH He C N Ne Na ClK Sc Cr Fe Cu BrK Sc Cr Fe Cu Br原子的发射与吸收光谱原子的发射与吸收光谱低能量轨道电子低能量轨道电子吸收能量吸收能量高能量轨道电子高能量轨道电子原子吸收光谱原子吸收光谱低能量轨道电子低能量轨道电子放出能量放出能量原子发射光谱原子发射光谱