原子结构与性质幻灯片.ppt
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1、原子结构与性质第1页,共71页,编辑于2022年,星期五原子是怎样诞生的?原子是怎样诞生的?阅读课阅读课本本P4第2页,共71页,编辑于2022年,星期五宇宙大爆炸宇宙大爆炸宇宙大爆炸宇宙大爆炸第3页,共71页,编辑于2022年,星期五第4页,共71页,编辑于2022年,星期五宇宙大爆炸宇宙大爆炸 1932年年勒勒梅梅特特首首次次提提出出了了现现代代宇宇宙宙大大爆爆炸炸理理论论:整整个个宇宇宙宙最最初初聚聚集集在在一一个个“原原始始原原子子”中中,后后来来发发生生了了大大爆爆炸炸,碎碎片片向向四四面面八八方方散散开开,形形成成了了我我们们的的宇宇宙宙。大大爆爆炸炸后后两两小小时时,诞诞生生了了
2、大大量量的的H、少少量量的的He及及极极少少量量的的Li,然然后后经经过过长长或或短短的的发发展展过过程程,以以上上元元素素发发生生原原子子核核的的熔熔合合反反应应,分期分批的合成了其它元素。,分期分批的合成了其它元素。第5页,共71页,编辑于2022年,星期五 1 1、有谁知道宇宙中最丰富的元素是那一种?、有谁知道宇宙中最丰富的元素是那一种?宇宙年龄有多大?地球年龄有多大?宇宙年龄有多大?地球年龄有多大?2 2、你认为、你认为 科学史话科学史话 中中普鲁特普鲁特的推理是符合逻辑的的推理是符合逻辑的吗?吗?1、氢氢元素元素是是宇宙中最丰富的元素占宇宙中最丰富的元素占88.6%(氦(氦约为原子数
3、的约为原子数的18),另外),另外还还有有90多种多种 元素,宇宙年元素,宇宙年龄龄距距今今约约140亿亿年,年,地球年地球年龄龄已有已有46亿亿年。年。思考与交流 回回 答答2、不符合,科学假设不同于思辨性推测、不符合,科学假设不同于思辨性推测第6页,共71页,编辑于2022年,星期五看课本第一章彩图看课本第一章彩图你能了解人们认识原你能了解人们认识原子模型的发展史吗?子模型的发展史吗?第7页,共71页,编辑于2022年,星期五1.古希腊原子古希腊原子论论2.道道尔尔顿顿原子模型原子模型(1803年年)3.汤汤姆生原子模型姆生原子模型(1904年年)4.卢卢瑟福原子模型瑟福原子模型(1911
4、年年)5.玻玻尔尔原子模型原子模型(1913年年)6.电电子云模型子云模型(1926年年)不同不同时时期的原子期的原子结结构模型构模型:第8页,共71页,编辑于2022年,星期五1.古希腊原子古希腊原子论论古希腊哲学家古希腊哲学家 原子是最小的、不可分割的物质粒子。原子原子是最小的、不可分割的物质粒子。原子之间存在着虚空,无数原子从古以来就存在于虚之间存在着虚空,无数原子从古以来就存在于虚空之中,既不能创生,也不能毁灭,它们在无限空之中,既不能创生,也不能毁灭,它们在无限的虚空中运动着构成万物。的虚空中运动着构成万物。(Democritus,德,德谟谟克利特,克利特,约约公元前公元前 460
5、年年前前 370 年)年)原子原子第9页,共71页,编辑于2022年,星期五2.道道尔尔顿顿原子模型原子模型(1803年年)原子在一切化学变化中不可再分,并保持自己的独原子在一切化学变化中不可再分,并保持自己的独特性质;同一元素所有原子的质量、性质都完全相同。特性质;同一元素所有原子的质量、性质都完全相同。不同元素的原子质量和性质各不相同;不同元素化合时,不同元素的原子质量和性质各不相同;不同元素化合时,原子以简单整数比结合原子以简单整数比结合 。(化学原子论)(化学原子论)第10页,共71页,编辑于2022年,星期五3.汤汤姆生原子模型姆生原子模型(1904年年)原子是一个平均分布着正电荷的
6、粒子,其中镶嵌着原子是一个平均分布着正电荷的粒子,其中镶嵌着许多电子,中和了正电荷,从而形成了中性原子。这个许多电子,中和了正电荷,从而形成了中性原子。这个模型中电子与正电荷的分布是处于想象的,因为没有实模型中电子与正电荷的分布是处于想象的,因为没有实验证明。验证明。(西瓜模型)(西瓜模型)第11页,共71页,编辑于2022年,星期五4.卢卢瑟福原子模型瑟福原子模型(1911年年)原子中心有一个带正电荷的核,它的质量几乎等于原子的全原子中心有一个带正电荷的核,它的质量几乎等于原子的全部质量,电子在它的周围沿着不同的轨道运转,就象行星环绕部质量,电子在它的周围沿着不同的轨道运转,就象行星环绕太阳
7、运转一样。太阳运转一样。(“行星系式行星系式”原子模型原子模型)(核式模型核式模型)第12页,共71页,编辑于2022年,星期五 据经典力学,电子在原子据经典力学,电子在原子核的正电场里运行,应不断地核的正电场里运行,应不断地释放能量,最后掉入原子核。释放能量,最后掉入原子核。如果这样,原子就会毁灭,客如果这样,原子就会毁灭,客观世界就不复存在。观世界就不复存在。卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型第13页,共71页,编辑于2022年,星期五5.玻玻尔尔原子模型原子模型(1913年年)电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动。速的圆周运动。(电子分层排布
8、模型电子分层排布模型)第14页,共71页,编辑于2022年,星期五玻尔理论的要点11、行星模型、行星模型 假定氢原子核外电子是处在一定的线假定氢原子核外电子是处在一定的线性轨道上绕核运行的,性轨道上绕核运行的,如太阳系的行星绕如太阳系的行星绕太阳运行一样。太阳运行一样。这是一种这是一种“类比类比”的科学的科学思维方法。因此,玻尔的氢原子模型形象地思维方法。因此,玻尔的氢原子模型形象地称为称为行星模型行星模型。后来的。后来的新量子论新量子论根据新的实根据新的实验基础完全抛弃了玻尔行星模型的验基础完全抛弃了玻尔行星模型的“外壳外壳”,而玻尔,而玻尔行星模型的合理行星模型的合理“内核内核”却被保留却
9、被保留了,并被了,并被赋予新的内容赋予新的内容。玻尔理论玻尔理论第15页,共71页,编辑于2022年,星期五 2、定态假设、定态假设 假定氢原子的核外电子在轨道上运行时假定氢原子的核外电子在轨道上运行时具有一定的、不变的能量具有一定的、不变的能量,不会释放能量不会释放能量,这这种状态被称为种状态被称为定态定态。能量最低的定态能量最低的定态叫做叫做基态基态;能量高于基态的定态;能量高于基态的定态叫做叫做激发态激发态。因此,定态假设为解释原子能够稳定存在所必需。玻因此,定态假设为解释原子能够稳定存在所必需。玻尔从核外电子的能量的角度提出的尔从核外电子的能量的角度提出的定态、基态、激发态定态、基态、
10、激发态的的概念至今仍然是说明核外电子运动状态的基础。概念至今仍然是说明核外电子运动状态的基础。玻尔理论的要点玻尔理论的要点2玻尔理论玻尔理论第16页,共71页,编辑于2022年,星期五3 3、量子化条件、量子化条件 玻尔假定,氢原子核外电子的轨道不是玻尔假定,氢原子核外电子的轨道不是连续的,而是分立的连续的,而是分立的,在轨道上运行的电子具有一定的在轨道上运行的电子具有一定的角动量角动量(L L=mvrmvr,其中其中m m电子质量电子质量,v v电子线速度电子线速度,r r电子线性轨道电子线性轨道的半径),只能按下式取值:的半径),只能按下式取值:这一要点称为这一要点称为量子化条件量子化条件
11、。这是玻尔为了解释氢原子光谱提。这是玻尔为了解释氢原子光谱提出它的模型所作的突破性假设。出它的模型所作的突破性假设。上式中的上式中的正整数正整数n n 称为称为量子数量子数。玻尔理论的要点玻尔理论的要点3玻尔理论玻尔理论第17页,共71页,编辑于2022年,星期五4、跃迁规则、跃迁规则 电子吸收光子就会跃迁到能量较高的激发电子吸收光子就会跃迁到能量较高的激发态;反过来,激发态的电子会放出光子,返态;反过来,激发态的电子会放出光子,返回基态或能量较低的激发态;回基态或能量较低的激发态;光子的能量光子的能量为跃迁前后两个能级的能量之差,这就为跃迁前后两个能级的能量之差,这就是是跃迁规则跃迁规则,可
12、以用下式来计算任一能级的能量及从一,可以用下式来计算任一能级的能量及从一个能级跃迁到另一个能级时放出光子的能量:个能级跃迁到另一个能级时放出光子的能量:玻尔理论的要点玻尔理论的要点4玻尔理论玻尔理论第18页,共71页,编辑于2022年,星期五第19页,共71页,编辑于2022年,星期五玻尔理论的不足与合理玻尔理论的不足与合理新量子力学证明了电子在核外的所谓新量子力学证明了电子在核外的所谓“行星轨道行星轨道”是根本是根本不存在的。不存在的。用玻尔的方法计算比氢原子稍复杂的氦原子的光谱便有非用玻尔的方法计算比氢原子稍复杂的氦原子的光谱便有非常大的误差。常大的误差。玻尔理论合理的是:玻尔理论合理的是
13、:核外电子处于定态时有确定的能量;原子光谱源自核外电核外电子处于定态时有确定的能量;原子光谱源自核外电子的能量变化。这一真理为后来的量子力学所继承。子的能量变化。这一真理为后来的量子力学所继承。玻尔理论玻尔理论第20页,共71页,编辑于2022年,星期五6.电电子云模型子云模型(1926年年)第21页,共71页,编辑于2022年,星期五核外电子运动状态的描述核外电子运动状态的描述19261926年,奥地利科学家年,奥地利科学家薛定谔薛定谔提提出了在量子力学处理氢原子核外电出了在量子力学处理氢原子核外电子的理论模型中,最基本的方程叫子的理论模型中,最基本的方程叫做做薛定谔方程。薛定谔方程。薛定谔
14、方程是一个二阶偏微分方程,薛定谔方程是一个二阶偏微分方程,它的自变量是核外电子的坐标(直角坐它的自变量是核外电子的坐标(直角坐标标x x,y y,z z或者极坐标或者极坐标r r,q q,f f)波粒二象性波粒二象性第22页,共71页,编辑于2022年,星期五复习回忆:原复习回忆:原 子子 结结 构构原子:原子:是是化学变化中最小的粒子。化学变化中最小的粒子。化学反应的实质:化学反应的实质:是原子的重新组合。是原子的重新组合。第23页,共71页,编辑于2022年,星期五一、原子结构一、原子结构原子原子原子核原子核核外电子核外电子(-)质子质子(+)中子中子(不带电)不带电)粒子间的数量关系粒子
15、间的数量关系 原子内部,质子所带正电和电子所带负电电量相等,电性原子内部,质子所带正电和电子所带负电电量相等,电性相反。原子整体不显电性。相反。原子整体不显电性。回忆:构成原子的粒子有哪些?它们怎样构成原子回忆:构成原子的粒子有哪些?它们怎样构成原子的?的?zxA第24页,共71页,编辑于2022年,星期五核核电电荷数(荷数(z)=核内核内质质子数子数=核外核外电电子数子数质质量数(量数(A)=质质子数(子数(Z)+中子数(中子数(N)离子所离子所带电带电荷数荷数=质质子数子数核外核外电电子数子数思考:思考:当当质质子数(核子数(核电电荷数)荷数)核外核外电电子数子数时时,该该粒子是粒子是阳离
16、子,带正电荷。阳离子,带正电荷。阴离子,带负电荷。阴离子,带负电荷。当当质质子数(核子数(核电电荷数)荷数)核外核外电电子数子数时时,该该粒粒子是子是zxA第25页,共71页,编辑于2022年,星期五学学 与与 问问核外电子是怎样排布的?核外电子是怎样排布的?第26页,共71页,编辑于2022年,星期五观察观察1-181-18号元素的原子结构示意图,讨论号元素的原子结构示意图,讨论为什么原子核外的电子分层运动?为什么原子核外的电子分层运动?第27页,共71页,编辑于2022年,星期五核外电子排布的一般规律核外电子排布的一般规律(1)核外核外电电子子总总是尽量先排布在能量是尽量先排布在能量较较低
17、的低的电电子子层层,然后由里向外,依次排布在能量逐步升高的然后由里向外,依次排布在能量逐步升高的电电子子层层(能量最低原理能量最低原理)。(2)原子核外各原子核外各电电子子层层最多容最多容纳纳2n2个个电电子。子。(3)原于最外原于最外层电层电子数目不能超子数目不能超过过8个个(K层为层为最外最外层时层时不能超不能超过过2个个电电子子)。(4)次外次外层电层电子数目不能超子数目不能超过过18个个(K层为层为次外次外层时层时不能超不能超过过2个个),倒数第三,倒数第三层电层电子数目不能超子数目不能超过过32个。个。说说明:明:以上以上规规律是互相律是互相联联系的,不能孤立地理解系的,不能孤立地理
18、解。第28页,共71页,编辑于2022年,星期五1、下列、下列说说法正确的是法正确的是 ()A、某微粒核外、某微粒核外电电子排布子排布为为2、8、8结结构,构,则该则该微粒一定微粒一定是是氩氩原子原子B、最外、最外层层达达稳稳定定结结构的微粒只能是稀有气体的原子构的微粒只能是稀有气体的原子C、F-、Na+、Mg2+、Al3+是与是与Ne原子具有相同原子具有相同电电子子层结层结构构的离子的离子D、NH4+与与H3O+具有相同的具有相同的质质子数和子数和电电子数子数课堂练习课堂练习CD第29页,共71页,编辑于2022年,星期五最多电子数最多电子数能能 层层符符 号号一一二二四四六六七七2LNOP
19、Q83250 理理 论论 研研 究究K三三五五M18二、能二、能 层(电子层)与能级层(电子层)与能级1、定、定义义离离 核核 距距 离离能能 量量 高高 低低(近近 )(远远 )(低低 )(高高)第30页,共71页,编辑于2022年,星期五理理 论论 研研 究究 多电子原子中,同一能层的电子,能量多电子原子中,同一能层的电子,能量也可能不同,还可以把它们分成能级,就也可能不同,还可以把它们分成能级,就好比好比能层是楼层,能级是楼梯的阶梯。第31页,共71页,编辑于2022年,星期五最多电子数最多电子数能能 级级22626 101s2s 2p4s 4p 4d 4f 理理 论论 研研 究究3s
20、3p 3d2610 145s 5p26能能 层层KNOLM能能 级级第32页,共71页,编辑于2022年,星期五K层层:1个个“轨轨道道”1s轨轨道;道;L层层:4个个“轨轨道道”1个个2s轨轨道、道、3个个2p轨轨道道M层层:9个个“轨轨道道”1个个3s轨轨道、道、3个个3p轨轨道、道、5个个3d轨轨道;道;N层层:16个个“轨轨道道”1个个4s轨轨道、道、3个个4p轨轨道、道、5个个4d轨轨道、道、7个个4f轨轨道;道;,第第n能能层层共共有有 n2 个个“轨轨道道”。核外电子运动状态的描述核外电子运动状态的描述轨道轨道第33页,共71页,编辑于2022年,星期五二、能层与能级二、能层与能
21、级1.各能各能层层所包含的能所包含的能级类级类型及各能型及各能层层、能、能级级最多容最多容纳纳的的电电子数子数能层(n)一二三四五 六 七符号KLMNO P Q能级(l)1s2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f轨道数最多容纳的电子数12123612365101236510714n22818322n2归纳总结归纳总结第34页,共71页,编辑于2022年,星期五规规 律律1、在每一能、在每一能层层中,能中,能级级符号的符号的顺顺序是序是 ns、np、nd、nf(n代表能代表能层层)2、能能级级数等于数等于该该能能层层序数序数。3、s、p、d、f各能各能级级的的轨道轨道数依次数依次为
22、为1、3、5、7。4、每一、每一轨道轨道最多可容最多可容纳纳2个个电电子子5、每一能、每一能层层最多可容最多可容纳纳2n2个个电电子子第35页,共71页,编辑于2022年,星期五6.电电子能量的高低子能量的高低同一能同一能层层中:中:不同能不同能层层中:中:E(ns)E(np)E(nd)E(nf)E(1s)E(2s)E(3s)E(4s)E(2p)E(3p)E(4p)E(5p)第36页,共71页,编辑于2022年,星期五1、以下能、以下能级级符号正确的是(符号正确的是()A、6s B、2d C、3f D、7p2、若、若n=3,以下能,以下能级级符号符号错误错误的是(的是()An p Bn f C
23、n d Dn s 课堂练习课堂练习ADB3、下列各、下列各电电子能子能层层中,不包含中,不包含 d 能能级级的是的是()A、N能能层层 B、M能能层层 C、L能能层层 D、K能能层层CD 第37页,共71页,编辑于2022年,星期五探究一探究一1、知道了原子核外、知道了原子核外电电子的能子的能层层和能和能级级可容可容纳纳的最多的最多电电子数,是否就可以得出各种原子子数,是否就可以得出各种原子的的电电子排布子排布规规律呢?律呢?2、钾钾原子的原子的电电子排布子排布为为什么不是什么不是2、8、9,而是而是2、8、8、1?阅读课本阅读课本P6第38页,共71页,编辑于2022年,星期五电子填充的先后
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