无机化学 原子结构

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1、思考题1）氢原子核外的电子是如何运动的？基态氢原子的玻尔模型和量子力学模型有什么不同？2）为什么同周期主族元素从左到右，原子半径明显减小?  而同周期的过渡元素从左到右，原子半径减小比较缓慢?第五章原子结构5.1玻尔原子模型5.1.1原子光谱当将白光通过棱镜时，会得到红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光。各色光之间无明确的界限，是连续的光带，称为连续光谱红橙黄绿青蓝紫然而当将装有高纯度、低压氢气的放电管所发出的光通过棱镜时，只能得到某些频率下的若干条光谱线，如图所示。这种由一条条分立的光谱线组成的光谱称为不连续光谱，也称线状光谱。真空

2、管中含少量H2(g)，高压放电，发出紫外光和可见光→三棱镜→不连续的线状光谱当原子被火焰、电弧或其它方法所激发时，能发出一系列具有一定频率的光谱线。这些光谱线总称为原子光谱。这些光谱线是原子受激发后从原子内部辐射出来的能量所形成的，因此又称为发射光谱。由于每种元素都有自已独特的原子光谱，而且元素的原子含量越多，光谱线的强度越强，因此可利用原子光谱进行元素的定性和定量分析。原子光谱的发现，证明了原子内电子能量变化的不连续性。也就是电子的能量是量子化的。量子化：   如果一个物理量的变化不是连续的，而是按某一最小单位呈跳跃式的增加

3、或减少，就称该物理量是“量子化”了的，而这一最小单位称为该物理量的“量子”。例如，电荷有一最小单位，即一个电子所带的电量e(e=1.6022×10-19C)，任何物体所带电荷只能是e的整数倍。宏观物体所带电量Q远大于e(如1库仑电量等于1/1.6022×10-19=6.24×1018个电子电荷)，所以一个个e的跳跃式增减显示不出来，可被认为该物体电量是连续变化的。但对微观粒子如离子所带电量只有一个或几个e，则其荷电量的变化就表现出是一个一个e跳跃式的增减，即不连续的变化了。也就是说微观粒子的荷电量是量子化的。5.1.2玻尔的氢原子

4、模型为解释氢原子光谱，丹麦物理学家玻尔在普朗克的量子论、爱因斯坦的光子理论和卢瑟福的原子模型的基础上，于1913年提出了一个原子结构模型。其要点如下：(1)假定电子在核外只能沿着某些特定的圆形轨道运动。在每一特定轨道上运动的电子具有特定的能量，不放出能量，也不吸收能量。    根据这一假设和经典力学定律，玻尔推导出了氢原子或类氢离子(如He+、Li2+等)核外电子的轨道半径rn和能量En公式a0为玻尔半径，等于0.053nmZ为核电荷数；n=1，2，3，…是正整数，称为量子数从上式可知：氢原子或类氢离子体系中电子不可能有任意的轨

5、道半径和能量，只能是量子化的，其大小取决于量子数n。n越小，能量越低。    当电子在n=1的轨道上运动时，称其为氢原子的基态；当电子在其它轨道上运动时称为氢原子的激发态。对氢原子而言，Z=1，氢原子基态的能量E1=-2.18×10-18J=-13.6eV(2)原子中的电子由一个轨道(能量En2)跃迁到另一个轨道(能量En1)时，会放出或吸收能量ΔE。若能量以光辐射的形式出现，则h为普朗克常数，为6.63×10-34J·s5.2量子力学原子模型5.2.1微观粒子的波、粒二象性光：在空间传播时出现干涉、衍射等现象，证实光具有波动性

6、。照射到物质上时产生的光电效应，证实光具有粒子性，(光电效应的实验规律之一是：当光频率ν小于某个最小值ν0时，不管光强度多大，照射时间多长，都没有光电子逸出。而根据波动预言，不管光频率如何，物质中的电子在光作用下总能够获得足够的能量而逸出，因而不存在最小频率值。)光具有波、粒二象性1924年物理学家德布罗依在光具有波粒二象性的启发下，运用类比的科学方法，提出了微观实物粒子(如电子、原子等)也和光一样具有波粒二象性的假设，并预言波粒二象性可以通过以下公式(德布罗依关系式)联系起来λ是粒子的波长，反映了波动性特性mv是粒子的动量，反映

7、了粒子性该式通过普朗克常数h(其值为6.63×10-34J·s)把微观粒子的粒子性和波动性定量地联系起来了1）微观粒子的粒子性自1897年英国物理学家汤姆逊发现电子并测出它的荷质比为1.76×1011C/kg后，后人又据此计算出电子质量为9.1×10-31kg，人们就认识了电子的粒子性。但电子是否具有波动性呢?2）微观粒子的波动性1927年科学家的电子衍射实验证实了德布罗依的假设。其实验过程与结果如下图所示3）微粒波的实质----统计性的几率(现称为概率)波在电子衍射实验中，如果电子发生器只发射出一个电子，在底片上只能出现一个位置

8、无法预知的感光斑点，如果实验时间很短，只有少数电子通过金属箔光栅，底片上将出现无规律分布的一些感光斑点(如左下图)，这些结果只表明了电子的粒子性；但如果穿过金属箔光栅的电子足够多，则底片上就会显现出衍射环纹(如右下图),这表明电子具有波动性。单个电