《无机化学》第八章 原子结构58页PPT
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无机化学原子结构
子结构的“行星式模型”
基础上，引入了普朗克的 量子化概念，比较满意地nk量子论(1900年)：微观领域能量不连续。
赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯 坦第一个成功的解释了光电效应
Einstein光子论(1905年)：1921年诺贝尔物理奖 光子能量与光的频率成正比 Ｅ＝hν Ｅ—光子的能量，ν—光的频率 h—Planck常量， h =6.626×10-34J· s
…
RH En 2 J n
Bohr理论的成败 成： （1922年Nobel）成功解释氢原子光谱及 类氢原子光谱的产生原因，特别是提出能 级、量子化、电子跃迁等概念至今仍采用。 败：不能解释多电子原子光谱、氢原子光谱 旧量子论 精细结构，对化学键的形成无能为力。 因：建立在经典力学基础上，固定轨道，没 考虑电子的情况。
化学性质
原子结构
◆ 一般的化学反应， 原子核并不发生变化， 只是核外电子的运动 状态发生变化。
原子的电子结构
§8.1 原子结构的Bohr理论
8.1.1 历史的回顾
8.1.2 氢原子光谱 8.1.3 Bohr原子结构理论
8.1.1 历史的回顾 精灵原子假说：
2400多年前，希腊哲学家德谟 克里特说： “世界和宇宙中的万物，
8.2.2 不确定原理与微观粒子 运动的统计规律
牛顿力学中的经典描述: 已知有一质点, 质量为 m, 则有: F = ma (a 为加速度) 所以, 可以准确测定质点的速度(动量) 和位置。
对于宏观物体而言, 这一结论无疑是绝对正确
而对于微观粒子是怎样的呢?
1927年，(德)Heisenberg不确定原理：
波粒二象性
量子论
§8.2 微观粒子运动的基本特征
无机化学原子结构
无机化学原子结构原子结构是无机化学的基础，了解原子结构有助于理解元素的性质和化学反应的机理。
本文将从原子的基本组成以及结构特征，包括原子核、电子组织和能级结构进行阐述。
原子是构成物质的基本单元，在元素周期表上的每一个元素都代表着一种特定的原子。
原子由三种基本粒子组成：质子、中子和电子。
质子和中子集中在原子核中，而电子则以轨道形式分布在原子核周围。
质子和中子都具有质量，而电子则没有质量，只有电荷。
原子核是原子的核心部分，由质子和中子组成。
质子带正电，中子不带电，因此原子核带正电。
原子核中质子的数量决定了元素的原子序数，即元素周期表上的位置。
例如，氢原子核只含有一个质子，所以氢的原子序数为1，氧原子核含有8个质子，所以氧的原子序数为8。
电子是带负电的粒子，围绕原子核在各个能级轨道上运动。
每个能级轨道可以容纳一定数量的电子，根据泡利不相容原理和奥卡福建议，每个能级轨道最多只能容纳一对电子。
能级轨道按能量高低排列，从内到外分别称为K、L、M、N、O等能级。
电子的分布遵循电子云模型，即电子存在于一定的空间范围内，而不是固定在某一点位置上。
电子云模型可以通过波函数来描述，波函数是一个复数函数，描述了电子在空间范围内的概率密度。
具体来说，每个电子能级轨道包含一个势能和一个波函数，电子的运动状态和能量都由波函数决定。
原子中的电子以能级的形式存在，每个能级对应一个特定的能量值。
能级结构可以通过量子力学理论解释，其中最基本的是薛定谔方程。
薛定谔方程描述了电子在原子中的行为，包括位置、动量和能量等性质。
根据薛定谔方程，每个能级可以包含多个电子亚能级，这些亚能级又进一步可以容纳不同的自旋态电子。
自旋是电子的另一个重要特性，它描述了电子旋转的方向，有两种可能性：自旋向上和自旋向下。
每个能级的亚能级都遵循泡利不相容原理，即每个亚能级最多只能容纳一对电子，这两个电子必须具有相反的自旋。
根据电子的排布规则，可以确定每个元素的电子组态，即电子在不同能级上的分布情况。
《无机化学》第8章.配位化合物PPT课件
配位化合物的发展趋势与展望
新材料与新能源
随着人类对新材料和新能源需求的不断增加，配位化合物有望在太 阳能电池、燃料电池等领域发挥重要作用。
生物医药领域
配位化合物在药物设计和治疗方面的应用前景广阔，有望为人类疾 病的治疗提供新的解决方案。
环境科学领域
配位化合物在处理环境污染和保护生态环境方面具有潜在的应用价值， 未来有望为环境保护做出贡献。
螯合物
由两个或更多的配位体与同一 中心原子结合而成的配合物，
形成环状结构，如： Fe(SCN)3。
命名
一般命名法
根据配位体和中心原子的名称，加上 “合”字和数字表示配位数的顺序来 命名，如：Co(NH3)5Cl。
系统命名法
采用系统命名法，将配位体名称按照 一定的顺序列出，加上“合”字和数 字表示配位数的顺序，最后加上中心 原子名称，如： (NH4)2[Co(CO3)2(NH3)4]·2H2O。
配位化合物的种类繁多，其组成和结 构取决于中心原子或离子和配位体的 性质。
配位化合物的形成条件
01
存在可用的空轨道 和孤对电子
中心原子或离子必须有可用的空 轨道，而配位体则需提供孤对电 子来形成配位键。
02
能量匹配
中心原子或离子和配位体的能量 状态需要匹配，以便形成稳定的 配位化合物。
03
空间和电子构型适 应性
中心原子或离子和配位体的空间 和电子构型需相互适应，以形成 合适的几何构型和电子排布。
02
配位化合物的组成与结构
组成
配位体
提供孤电子对与中心原子形成配位键的分子或离子。常见的配位 体有：氨、羧酸、酰胺、酸酐、醛、酮、醇、醚等。
中心原子
接受配位体提供的孤电子对形成配位键的原子。常见的中心原子有： 过渡金属元素的离子。
无机化学物质结构课件
H2分子的形成
两原子间通过共用电子对相连形成分子，电子定域于两原 子之间，形成了一个密度相对大的电子云（负电性），这 就是价键理论的基础. 因此，共价键的形成条件为： ① 键合双方各提供自旋方向相反的未 成对电子（想一想自旋方向相同呢？） ② 键合双方原子轨道应尽可能最大程 ◆ 能量最低原理 度地重叠
9.3.3 异核双原子分子
价键理论的局限性
不能解释有的分子的结构和性质 如 O2 O O
2s 2s 2p
2p
¨ ¨ ¨ ¨ O׃׃O O=O ¨ ¨ ¨ ¨
根据价键理论，氧分子中有一个键和一个 键，其电子全部成对。 但经磁性实验测定，氧分子有两个不成对 的电子，自旋平行，表现出顺磁性。
价键理论的局限性
杂化轨道理论的要点 有几个原子轨道参与杂化，就形成几个杂 化轨道 。 y
y
+ x= _ + x+ + x= 杂化轨道理论的要点
y
_
y
_
y
+
+ x
+ x+
_
y
y
+ x
y
+ _
y
+ _ _x
x
← +
y
=
+
y
+ x+
_ x
=
+
+
=
+
_x
杂化轨道理论的要点 有几个原子轨道参与杂化，就形成几个杂 化轨道 。
例
N2
化学键示意图
价键结构式 · · :N—N: · · 分子结构式
π
z
π
y
N
σx
第八章 原子结构2(12周-1)——无机化学课件PPT
➢ H原子轨道能量只与 n 有 关，其它原子轨道均发生能 级分裂。
原子轨道能量和原子序数关系图
➢ 原子序数增大时，原子轨 道能量逐渐下降。下降幅度 的不同，产生能级交错。
➢ 从钪(Sc)开始，第4周期元
素的 3d 轨道能级低于4s。说
明，不但是Mn原子，其余 3d 过渡金属被氧化时，4s 轨道 都先于 3d 轨道失去电子。.
量子力学不能精确求解多电子原子的薛定谔 方程，但可用近似法计算其轨道能级。
计算表明,波函数的角度部分和单电子原子大 致相同，而径向部分和单电子原子不同。
电子排布：
氢原子核外只有一个电子，通常位于基态的 1s 轨 道上； 多电子原子核外电子按能级顺序分层排列。
轨道：
与氢原子类似，其电子运动状态可描述为1s，2s， 2px，2py，2pz，3s……
8.3 多电子原子结构
单电子原子的能级
氢原子、类氢离子原子(He+、Li2+、Be3+、B4+等)：核 外只有一个电子，原子基态、激发态的能量只与主量子数 n 有关，与角量子数 l 无关。
能 7s ◎ 7p ◎ ◎ ◎ 7d ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 7f ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 量 6s ◎ 6p ◎ ◎ ◎ 6d ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 6f ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
利用这个规则可以粗略地估计电子在不同轨道上的 能量。
将原子的电子层结构用括号分成下列轨道组：
(1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f) (5s, 5p)… 1) 后面轨道组的每个电子对前面规道组电子的屏蔽
效应可忽略不计，即 σ = 0； 2) 同一轨道组电子之间的 σ 一般为 0.35，如果同在
大学无机化学经典课件原子结构ppt
氢原子光谱的特点是在可见区有四条比较明显的谱线， 通常用 H，H，H，H 来表示
氢原子的线状光谱
7
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
8
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
5
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
氢原子光谱和玻尔模型
Na光谱
所有波长
红
橙
黄绿
青蓝
紫
6
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
E = h
式中 E 为光子的能量， 为光子的频率，h 为 Planck 常数，其值为 6.62610-34 Js。物质以光的形式吸收或放 出的能量只能是光量子能量的整数倍。
电量的最小单位是一个电子的电量。 我们将以上的说法概括为一句话，在微观领域中能量、 电量是量子化的。量子化是微观领域的重要特征，后面我 们还将了解到更多的量子化的物理量。
14
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
玻尔提出的三点假设： 1）稳定轨道的概念 2） 电子在离核越远的轨道上运 动，能量越大 3） 处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核 较近的轨道上同时释放出光能
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火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
氢原子的线状光谱
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氢原子光谱和玻尔模型
Na光谱
所有波长
红
橙
黄绿
青蓝
紫
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火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
E = h
式中 E 为光子的能量， 为光子的频率，h 为 Planck 常数，其值为 6.62610-34 Js。物质以光的形式吸收或放 出的能量只能是光量子能量的整数倍。
电量的最小单位是一个电子的电量。 我们将以上的说法概括为一句话，在微观领域中能量、 电量是量子化的。量子化是微观领域的重要特征，后面我 们还将了解到更多的量子化的物理量。
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火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
玻尔提出的三点假设： 1）稳定轨道的概念 2） 电子在离核越远的轨道上运 动，能量越大 3） 处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核 较近的轨道上同时释放出光能
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火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
大学一年级无机化学PPT课件-第八章-原子结构
卢瑟福的行星模型
英国物理学家卢瑟福根 据α粒子散射的实验， 建立了原子结构的行星 模型。他认为原子的中 心有一个带正电的原子 核，电子在它的周围旋 转，由于原子核和电子 在整个原子中只占有很 小的空间，因此原子中 绝大部分是空的。
卢瑟福行星模型遇到的困难
1、根据经典理论，电子绕原子核运动时要幅射电磁 波，因而电子的能量不断减少，电子运动的速度也 不断减慢，电子运动的轨道半径也将相应地变小并 逐渐靠近原子核，最后落到核上，电子湮灭，原子 将不复存在。 2、电子运动过程中幅射电磁波的波长也是连续变化 的，应得到连续光谱。但事实上原子是稳定的，原 子光谱是线状光谱。
道上运动,且不辐射能量； ②通常，电子处在离核最近的轨道上，能
量最低——基态；原子获得能量后，电子被 激发到高能量轨道上，原子处于激发态；
③从激发态回到基态释放光能，光的频率 取决于轨道间的能量差。
h E2 E1 E2 E1
h
E：轨道能量
原子能级
Balmer线系
v 3.289 1015 ( 1 1 )s1 22 n2
8.1.1 历史的回顾
Dalton原子学说 (1803年)
Thomson“西瓜式”模型 (1904年)
Rutherford核式模型 (1911年)
Bohr电子分层排布模型 (1913年)
量子力学模型(1926年)
原子结构理论的发展简史
19世纪初英国科学家道尔 顿提出了著名的原子论， 认为每种化合物都是由不 同数量的原子所组成，原 子不能再分，原子在化学 反应中不会消失也不会创 生。
8.1.3 Bohr原子结构理论
Plank量子论(1900年)： 微观领域能量不连续。
Einstein光子论(1903年)： 光子能量与光的频率成正比
无机化学原子结构PPT讲稿
8.2.2 不确定原理与微观粒子 运动的统计规律
1927年，Heisenberg不确定原理
x p h
2 Δx—微观粒子位置的测量偏差 Δp—微观粒子的动量偏差 微观粒子的运动不遵循经典力学的规律。
x v ≥ h / 2πm
对于电子来说，其 m = 9.11 10-31 kg, h/2πm 的数量 级为10－4。原子半径的数量级为 10－10 m 左右，因此核外 电子位置的测量偏差 x 不能大于 10-12 m，这时其速度的 测量偏差 v 一定大于 108 ms-1。这个偏差过大，已接近 光速，根本无法接受。
要研究电子出现的空间区域，则要去寻找 一个函数，用该函数的图象与这个空间区域建 立联系。这种函数就是微观粒子运动的波函数 。
1926 年奥地利物理学家 E. Schrödinger 建 立了著名的微观粒子的波动方程，即 Schrödinger 方程。描述微观粒子运动状态的 波函数 ，就是解 Schrodinger 方程求出的。
2
z 2
8π 2m h2
E
V
：波函数
E：能量
V：势能
m：质量
h：Planck常数
x, y, z：空间直角坐标
2 2 2 8 2m (E V ) 0
x2 y 2 z 2 h2
代数方程的解是一个数；微分方程的解是一 组函数；对于 Schrödinger 方程，偏微分方程 来说，它的解将是一系列多变量的波函数 的 具体函数表达式。而和这些波函数的图象相关 的空间区域，与所描述的粒子出现的几率密切 相关。
§8.2 微观粒子运动的基本特征
8.2.1 微观粒子的波粒二象性 8.2.2 不确定原理与微观粒子
运动的统计规律
8.2.1 微观粒子的波粒二象性
大学无机化学-第八章 原子结构 课件
原子核的体积只有原子体积的１／１０ １２－ 1５ ，而原 子核的质量却占了原子质量的99.9% 以上 ，所以原子核的
密度高达 1×1013 g· cm-3 （一般物质的密度只有 1×１０ ０
g· cm－３ 数量级）。 根据爱因斯坦 (Einstein)的质能联系方程可以算出，原子 核内蕴藏着异常巨大的潜能。原子正是通过其巨大质量的核
运 动 范 围 运 动 速 度 描 述 方 法
无机化学
8.2 单电子原子的结构
8.2.1 微观粒子的量子化特征
1、 普朗克的量子假说
（1）黑体辐射实验 无反射能力的物体称(绝对)黑体，黑体向四周 辐射的能量称为辐射能。按照经典理论的观点，谐 振子的能量和它的振幅平方成正比，振子的振幅是
连续变化的，因而振子的能量也是连续变化的。然
En = n E
n =1，2，3，„，正整数
能量的这种不连续性，称 ( 能量 ) 量子化，最小 能量单元称为 ( 能 ) 量子。由于它与黑体辐射的频率 成正比，相当于一个光子的能量，又称为光量子：
也就是说， 质子数相同的原子属于同种元素 。但质子数相
同的原子，中子数不一定相同，这意味着同种元素中可能 含有不同的原子。 无机化学
8.1 原子的内部组成
元素 将质子数相同的一类单核粒子统称为同一种元素， 用元素符号Ｅ表示。 核素
将质子数和中子数都相同的单核粒子称为同一种核素，
用核素符号 ZA E 表示。 式中左下标Z为质子数，左上标A为核子数(质子数与中子 数之和)，因为它近似等于原子质量的数值，故A又称为 质量数。 无机化学
最小单位作跳跃式的增减，这一物理量就是量子化 的，其变化的最小单位就叫做这一物理量的量子。
普朗克的量子假说，否定了“一切自然过程都是连续的”
密度高达 1×1013 g· cm-3 （一般物质的密度只有 1×１０ ０
g· cm－３ 数量级）。 根据爱因斯坦 (Einstein)的质能联系方程可以算出，原子 核内蕴藏着异常巨大的潜能。原子正是通过其巨大质量的核
运 动 范 围 运 动 速 度 描 述 方 法
无机化学
8.2 单电子原子的结构
8.2.1 微观粒子的量子化特征
1、 普朗克的量子假说
（1）黑体辐射实验 无反射能力的物体称(绝对)黑体，黑体向四周 辐射的能量称为辐射能。按照经典理论的观点，谐 振子的能量和它的振幅平方成正比，振子的振幅是
连续变化的，因而振子的能量也是连续变化的。然
En = n E
n =1，2，3，„，正整数
能量的这种不连续性，称 ( 能量 ) 量子化，最小 能量单元称为 ( 能 ) 量子。由于它与黑体辐射的频率 成正比，相当于一个光子的能量，又称为光量子：
也就是说， 质子数相同的原子属于同种元素 。但质子数相
同的原子，中子数不一定相同，这意味着同种元素中可能 含有不同的原子。 无机化学
8.1 原子的内部组成
元素 将质子数相同的一类单核粒子统称为同一种元素， 用元素符号Ｅ表示。 核素
将质子数和中子数都相同的单核粒子称为同一种核素，
用核素符号 ZA E 表示。 式中左下标Z为质子数，左上标A为核子数(质子数与中子 数之和)，因为它近似等于原子质量的数值，故A又称为 质量数。 无机化学
最小单位作跳跃式的增减，这一物理量就是量子化 的，其变化的最小单位就叫做这一物理量的量子。
普朗克的量子假说，否定了“一切自然过程都是连续的”
《无机化学原子结构》课件
03
电子数等于质子数，决定了元素的化合价。
原子的电子排布
01
02
03
泡利不相容原理
同一能级上不能有两个或 更多的相同自旋状态的电 子。
洪特规则
在等价能级上，电子优先 以自旋方向相同的方式排 列。
能量最低原理
电子优先占据能量最低的 轨道。
原子的能级与跃迁
原子的能级由主量子数、角量子数和磁量子数决 定。
反应。
非金属元素的原子结构与性质
非金属元素原子的最外层电子 数通常较多，容易形成共价键
。
非金属元素在固态下通常呈 现共价晶体或分子晶体，具
有较高的熔点和沸点。
非金属元素在气态和液态时表 现出明显的非金属特性，例如 氧化性、还原性、电负性等。
金属元素的原子结构与性质
01
金属元素原子的最外层电子数较少，容易失去电子成为正离子 。
当原子吸收或释放能量时，电子可以从一个能级 跃迁到另一个能级。
跃迁的能量差决定了光谱线的波长，不同的光谱 线对应于不同的元素和化合物。
02
原子轨道理论
原子轨道的概念与分类
原子轨道的概念
原子轨道是指描述电子在原子核周围 运动状态的波函数。
原子轨道的分类
根据电子云的形状和空间取向，原子 轨道可分为s、p、d、f等类型。
《无机化学原子结构 》ppt课件
xx年xx月xx日
• 原子结构概述 • 原子轨道理论 • 元素周期表与原子结构 • 原子结构与元素性质的关系 • 无机化学中的重要原子结构
目录
01
原子结构概述
原子的基本组成
01
原子由质子、中子和电子组成。
02
质子数决定了元素的种类，而中子数则影响同位素 的种类。
电子数等于质子数，决定了元素的化合价。
原子的电子排布
01
02
03
泡利不相容原理
同一能级上不能有两个或 更多的相同自旋状态的电 子。
洪特规则
在等价能级上，电子优先 以自旋方向相同的方式排 列。
能量最低原理
电子优先占据能量最低的 轨道。
原子的能级与跃迁
原子的能级由主量子数、角量子数和磁量子数决 定。
反应。
非金属元素的原子结构与性质
非金属元素原子的最外层电子 数通常较多，容易形成共价键
。
非金属元素在固态下通常呈 现共价晶体或分子晶体，具
有较高的熔点和沸点。
非金属元素在气态和液态时表 现出明显的非金属特性，例如 氧化性、还原性、电负性等。
金属元素的原子结构与性质
01
金属元素原子的最外层电子数较少，容易失去电子成为正离子 。
当原子吸收或释放能量时，电子可以从一个能级 跃迁到另一个能级。
跃迁的能量差决定了光谱线的波长，不同的光谱 线对应于不同的元素和化合物。
02
原子轨道理论
原子轨道的概念与分类
原子轨道的概念
原子轨道是指描述电子在原子核周围 运动状态的波函数。
原子轨道的分类
根据电子云的形状和空间取向，原子 轨道可分为s、p、d、f等类型。
《无机化学原子结构 》ppt课件
xx年xx月xx日
• 原子结构概述 • 原子轨道理论 • 元素周期表与原子结构 • 原子结构与元素性质的关系 • 无机化学中的重要原子结构
目录
01
原子结构概述
原子的基本组成
01
原子由质子、中子和电子组成。
02
质子数决定了元素的种类，而中子数则影响同位素 的种类。