普通化学课件(地质工程)-1.1原子结构

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1、第一章物质结构基础1.1原子结构1.1.1原子结构理论的发展概况1、道尔顿（JohnDalton）的原子论1803年提出化学原子论：认为物质由原子构成，原子不可再分。道尔顿一直到19世纪末物理学上的三大发现，才使原子不可分割受到动摇。2、原子的含核模型1911年，卢瑟福通过α粒子散射实验认为：原子的中心有一个带正电的原子核，电子在它的周围旋转，原子中绝大部分是空的，电子的质量很小，原子的质量几乎全部集中在核上。卢瑟福3、原子结构的玻尔模型（1913年）玻尔氢原子光谱实验1、原子中电子运动的轨道是不连续的，是以核为圆心的不同半径的同心圆。2、在波尔轨道上运动的电子处

2、于相对ao稳定的状态，不会主动辐射出能量。3、只有当电子在不同的轨道间跃迁时，才会吸收或放出能量。4、跃迁时放出或吸收的能量，正好等于两个轨道的能级差。5、放出或吸收的能量，若以光辐射的形式转移，则光的频率ν=（E2-E1）/h4、原子结构的波动力学模型（1926年）——薛定鄂方程(见1.1.3)电子衍射实验（1927年）证实了德布罗依关系式，把实物微粒产生的德布罗依波称为“物质波”，其物理意义是“几率波”1在一个特制的阴极射线管里，加速电子让它穿过某种晶体薄膜后在萤光屏上观察衍射现象X-raysElectron电子在原子核外的运动不再有固定的轨道，而是呈现一定的

3、几率密度分布。22228m(EV)0222xyzhΨ（x,y,z)m为电子的质量；h为普朗克常数；形象地比如E为系统的总能量；V为系统的势能；Ψ是波函数(wavefunctions)：描述原子核外电子运动状态的数学函数式，记为Ψ（x,y,z)，x、y、x电子的空间坐标。1.波函数和量子数Ψ(nlmms)。(1)主量子数(n)a、取值只能是正整数，n=1,2,3,4,5,6,7….b、n值大，电子离核的平均距离增大，能量也升高。d、n值相同的电子归为一层n=123第一电子层，第二电子层，第三电子层KLM对应(3)磁量子数ma.磁

4、量子数决定原子轨道（或电子云）在空间的伸展方向，与能量无关。b.其取值范围由角量子数决定。决定原子轨道的数目（或原子轨道的伸展方向）m=0,±1,±2,±3,…±,轨道数目=0(s)m=01s=1(p)m=-10+13px，py，pz=2(d)m=-2-10+1+255个d轨道=3(f)m=-3-2-1+1+2+377个f轨道(4)磁自旋量子数ms表征了自旋运动的取向。电子自旋只有两种取向，故ms的取值：ms=±1/2。1.n确定电子离核远近和轨道的能级，即决定电子层数n123456电子层KLMNOP2.l确定轨道的形状，也表示同一电子层中具有不同形状的

5、分层（亚层）l0123分层spdf3.m确定轨道的空间取向4.ms自旋量子数，确定电子自旋运动。取+1/2、-1/2表述核外电子运动状态可用四个量子数n、l、m、ms来确定直角坐标转变为球坐标ψ（x,y,z)→ψ（r,θ,φ)ψ（r,θ,φ)=R(r)·Y（θ,φ）R(r)——径向部分，其解与主量子数n有关，n=1，2，3…Y（θ,φ）——角度部分，其解与量子数与磁量子数l，m有关l=0，1，2，…n－1n个数值，m=0，±2，…±l2l+1个数值波函数与原子轨道2.原子轨道的角度分布图:图氢原子的各种状态的径向分布图4.电子云和几率密度

6、ψ2

7、∝ρ——几率密度图

8、4-3s、p、d原子轨道的角度分布图的平面示意图原子轨道角度分布图电子云角度分布图注意n≥6才有f，n≥4才d;（2）核外电子分布式和外层电子分布式●核外电子分布式例题：P17×能量最低排布1s22s22p63s23p64s23d424Cr由洪特规则②1s22s22p63s23p64s13d5×主量子数整理1s22s22p63s23p63d54s1∨1s22s22p63s23p63d44s2×价电子——参与化学反应的电子。Examples:Ti(titanium):1s22s22p63s23p64s23d22226Fe(iron):1s22s22p63s23p64

9、s23d6250Sn(tin):1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p外层与次外层Fe[Ar]3d64s2Fe2+Fe3+26[Ar]3×d44s2[Ar×]3d34s2[Ar]3d64s0[Ar]3d54s0例题:下列离子所属的类型:Br-Ba2+Zn2+Bi3+Ti4+解:35Br-:[Ar]3d104s24p6—8电子型；56Ba2+:[Xe]6s0=[Kr]5s25p6—8电子型；30Zn2+:[Ar]4s0=[Ne]3s23p63d10—18电子型;83Bi3+:[Xe]5d106s26p0=[Kr]5s25p65d106s

10、2—18+