原子结构的量子力学描述20页PPT
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第一章原子结构ppt课件
p区元素
最外层电子排布在p轨道上，包括非金属和半金属等元素 。它们具有较高的电离能和较小的原子半径，易于获得电 子形成阴离子或形成共价键。
d区元素
最外层电子排布在d轨道上，包括过渡金属等元素。它们 具有多种氧化态和配位数，易于形成配合物和进行氧化还布在f轨道上，包括镧系和锕系等元素。它 们具有特殊的电子排布和性质，如较大的原子半径、较高 的电离能和多种氧化态等。
原子结构的基本概念
01
02
03
原子
化学变化中的最小微粒， 由原子核和核外电子构成 。
2024/1/27
原子核
位于原子中心，由质子和 中子构成，质子带正电荷 ，中子不带电。
核外电子
绕原子核运动的带负电荷 的微粒，其排布遵循一定 的规律。
5
原子结构的研究意义
2024/1/27
揭示物质构成的奥秘
01
原子是物质的基本构成单位，研究原子结构有助于深入了解物
描述微观粒子运动状态的波动方程 。
13
电子云模型及概率密度分布
电子云模型
用统计的方法描述电子在 核外空间出现机会的模型 。
2024/1/27
概率密度分布
电子云模型中，电子在核 外空间某处出现的概率密 度与该处的波函数模的平 方成正比。
原子轨道
描述电子在核外空间运动 状态的波函数，通常用符 号s、p、d、f等表示。
2024/1/27
16
泡利不相容原理
在同一原子中，不可能有四个量子数完全相同的电子存在。
每一个电子都倾向于单独占据不同量子态。
2024/1/27
如果两个电子处于同一量子态，则它们之间的库仑排斥作用会使体系总能量升高。
17
洪特规则
《原子的结构》PPT课件
电子的能级
电子在原子中具有不同的能级，每个 能级对应不同的电子轨道和能量状态。
电子的运动
电子在原子核外以极高的速度运动， 形成“电子云”或“概率分布”。
原子核与电子的关系
电荷平衡
原子核的正电荷与电子的负电荷 相互平衡，使得整个原子呈电中
性。
引力与斥力
原子核与电子之间存在引力和斥力， 引力使得电子被束缚在原子核周围， 斥力则使得电子不会塌缩到原子核 中。
电负性是衡量元素在化合物中吸引电子能力 相对大小的标度，电负性越大，元素的非金 属性越强。
元素周期表的应用
预测未知元素的性质
根据已知元素的性质和周期律， 可以预测未知元素的性质。
指导新材料的研发
利用元素周期表中的元素性质， 可以指导新材料的研发，如超导 材料、半导体材料等。
指导化学反应
利用元素周期表中的元素性质， 可以指导化学反应的进行，如选 择合适的催化剂、反应条件等。
3
汤姆生的“葡萄干面包”模型 发现电子后，提出原子由带正电的“面包”和嵌 在其中的带负电的“葡萄干”（电子）组成。
原子结构研究的重要性
01
02
03
理解物质本质
原子是构成物质的基本单 元，研究其结构有助于理 解物质的本质属性。
推动科技发展
原子结构的深入研究为量 子力学、核能利用、材料 科学等领域的发展奠定了 基础。
性质。
原子结构与元素性质的关系
原子半径
电离能
原子半径的大小与元素的化学性质密切相关， 原子半径越大，原子核对核外电子的吸引力 越小，元素的金属性越强。
电离能的大小反映了原子失去电子的难易程 度，电离能越小，原子越容易失去电子，元 素的金属性越强。
2024版高一化学原子结构PPT课件图文
波函数性质
波函数具有一些基本性质，如连续性、有限性、单值性等。此外，波函数还需要满足归一化 条件，即粒子在全空间出现的概率总和为1。
2024/1/25
波函数与电子云模型关系
波函数与电子云模型密切相关。在原子或分子中，电子的波函数决定了电子云的形状和分布。 通过求解薛定谔方程可以得到电子的波函数，进而得到电子云的分布。
高一化学原子结构 PPT课件图文
2024/1/25
1
目录
CONTENTS
• 原子结构基本概念 • 原子核结构与性质 • 电子云模型与波函数理论 • 元素周期律与化学键合性质 • 实验室制备和检测技术 • 原子结构在生活和科技中应用
2024/1/25
2
01 原子结构基本概念
2024/1/25
3
原子定义与组成
放射性衰变遵循指数衰变规律， 即衰变速度与剩余原子核数量
成正比
放射性衰变产生的射线具有穿 透能力和电离能力，对人体和
环境有一定危害
2024/1/25
9
射线类型及其特点
01
02
03
04
α射线
由氦核组成，带正电荷，质量 大，电离能力强，穿透能力弱
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β射线
由电子组成，带负电荷，质量 小，电离能力较弱，穿透能力
周期表中共有18个纵列，其中8、9、 10三个纵列共同组成一个族，其余每 个纵列为一个族，共有16个族。
2024/1/25
周期表中共有7个横行，即7个周期， 每个周期中元素的性质具有相似性。
元素周期表反映了元素性质的周期性 变化，是学习和研究化学的重要工具。
6
02 原子核结构与性质
2024/1/25
现代量子力学原子结构模型课件
06
量子力学与现代科技的联系
量子力学与材料科学
量子力学对材料科学的影响深远，它解释了材料中的电子行为和相互作用，帮助科学家们设计具有特 定性质的新型材料。例如，利用量子力学原理，人们可以预测和设计具有特定磁性、电导性、光学等 特性的材料。
量子力学对材料科学的另一个重要贡献是它在理解复杂材料行为方面具有显著意义，例如在解释高温 超导材料的工作原理时，量子力学的概念不可或缺。
利用量子力学理论，科学家们正在努力开发更高效、 更环保的能源技术，如量子太阳能电池和量子燃料电 池等。
量子力学与生物医学
量子力学在生物医学中的应用也日益增多。例如，量子点、量子阱等基于量子力学原理的材料在生物成像和药物传递方面具 有巨大潜力。
量子生物学正在开辟全新的领域，如量子信息传递和量子计算等，这些领域有可能为未来的医疗诊断和治疗提供全新的途径。
核裂变是重原子核分裂成两个较 轻的原子核的过程，同时释放出
大量的能量。
核聚变是轻原子核结合成重原子 核的过程，同时释放出大量的能
量。
核裂变和核聚变是两种截然不同 的原子核反应过程，但它们都可
以释放出巨大的能量。
04
电子云分布与原子轨道
电子云的概念与计算方法
电子云是描述电子在原子核外空间分 布的统计结果，其密度函数通常使用 高斯函数或球形对称函数来表示。
核相互作用是导致核能释放、核转变和核衰变等核现象的重要原因。
核衰变与放射性衰变
核衰变是原子核自发地放射出 某种粒子（如电子、伽马射线 等）并转变为另一种原子核的 过程。
放射性衰变是核衰变的一种类 型，包括α衰变、β衰变和γ衰 变等。
放射性衰变的速率受原子核的 内部结构和外部环境的影响。
核裂变与核聚变
原子结构模型-PPT
D、 能量低得电子在离核近得区域运动
练习
3、 有下列四种轨道:①2s、②2p、③3p、
④4d,其中能量最高得就是 ( D )
A、 2s B、 2p C、 3p D、 4d
➢电子层与形状相同得原子轨道得能量相等, 如2px、2py、2pz轨道得能量相等。
4、电子得自旋
原子核外电子还有一种称为“自旋”得 运动。在同一原子轨道里,原子核外电子 得自旋有两种不同得状态,通常用向上箭 头“↑”与向下得箭头“↓”来表示这两 种不同得自旋状态。
总 结:
对多电子原子而言,核外电子得运动特征就是:
实际上,原子很稳定,有一定大小,并没有发生这种 电子同原子核碰撞得情况。这又怎样解释呢？
人类认识原子得历史
波 尔 原 子 模 型
1913年,玻尔建立了核外电子分层排布 得原子结构模型
德谟克利特:朴素原子观 道尔顿:原子学说
1803
汤姆生:“葡萄干布丁” 模型 1903
卢瑟福: 原子结构得核式模型 1911
P能级得原子轨道
z
z
z
y
y
y
x
x
x
P得原子轨道就是哑铃(或纺锤)
形
每个P能级有_____3__个轨道,它们互相垂直,
分别以___P__x、___P_y__、___P_z___为符号
这三个轨道得能量相等。 P原子轨道得平均半径也随能层序数增大而__增__大_
d 能 级 得 原 子 轨 道
d能级得原子轨道有5个、
量子力学研究表明,处于同一电子层得原子 核外电子,所具有得能量也可能不相同,电子云得 形状可能不完全相同,因此,对同一个电子层,还 可分为若干个能级。
n=1时,有1个s能级
高二化学《物质结构与性质》精品课件3：1.1.2量子力学对原子核外电子运动状态的描述
[答案] D
[例4] [双选题]下列关于电子云示意图的叙述正确的是( ) A．电子云表示电子的运动轨迹 B．黑点的多少表示电子个数的多少 C．处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分别呈球形 对称，而且电子在原子核附近出现的概率大，离核 越远电子出现的概率越小 D．处在2pz轨道的电子主要在xOy平面的上、下方出现
[解析] 电子云示意图中的小黑点是电子在原子核外出现的 概率大小的形象描述，并不具体指电子。如A项中电子的运 动轨迹无法确定，错把电子云作为电子的运动轨迹；B项中 将电子式与电子云混淆或抽象思维欠缺，错把小黑点认为 是电子。 [答案] CD
(4)s能级的电子云图呈球形对称，而且离核越近，单位体 积内电子出现的概率越大，电子云越密集；p能级的原子轨道 的电子云呈哑铃形，在空间的分布分别沿x、y、z方向。
典例剖析
一 电子运动状态与四个量子数
[例1] 下列有关n、l、m、ms四个量子数的说法中，正
确的是
()
A．一般而言，n越大，电子离核平均距离越远，能量越
(3)磁量子数m： 在外磁场作用下，对 能量 相同的一个能级l而言，电子 的运动状态共有 (2l＋1) 个。在外磁场中，原来光谱中一条 谱线会分裂为 多 条谱线。 (4)自旋磁量子数ms： 处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态只有两种，分 别用符号“ ↑ 和”“ ↓ ”标记。
归纳总结
(1)每个原子轨道须由三个只能取整数的量子数n、l、m 共同描述。电子除做轨道运动外，还做自旋运动，其自旋的 状态由自旋磁量子数描述，因此要完整地描述一个核外电子 运动状态需要四个量子数n、l、m、ms。
(4)s能级中有1个原子轨道，p能级中有3个能量相同的 原子轨道，d能级中有5个能量相同的原子轨道。第n层的s轨 道记作ns，第n层的3个p轨道分别记作npx、npy、npz。
[例4] [双选题]下列关于电子云示意图的叙述正确的是( ) A．电子云表示电子的运动轨迹 B．黑点的多少表示电子个数的多少 C．处于1s轨道上的电子在空间出现的概率分别呈球形 对称，而且电子在原子核附近出现的概率大，离核 越远电子出现的概率越小 D．处在2pz轨道的电子主要在xOy平面的上、下方出现
[解析] 电子云示意图中的小黑点是电子在原子核外出现的 概率大小的形象描述，并不具体指电子。如A项中电子的运 动轨迹无法确定，错把电子云作为电子的运动轨迹；B项中 将电子式与电子云混淆或抽象思维欠缺，错把小黑点认为 是电子。 [答案] CD
(4)s能级的电子云图呈球形对称，而且离核越近，单位体 积内电子出现的概率越大，电子云越密集；p能级的原子轨道 的电子云呈哑铃形，在空间的分布分别沿x、y、z方向。
典例剖析
一 电子运动状态与四个量子数
[例1] 下列有关n、l、m、ms四个量子数的说法中，正
确的是
()
A．一般而言，n越大，电子离核平均距离越远，能量越
(3)磁量子数m： 在外磁场作用下，对 能量 相同的一个能级l而言，电子 的运动状态共有 (2l＋1) 个。在外磁场中，原来光谱中一条 谱线会分裂为 多 条谱线。 (4)自旋磁量子数ms： 处于同一原子轨道上的电子自旋运动状态只有两种，分 别用符号“ ↑ 和”“ ↓ ”标记。
归纳总结
(1)每个原子轨道须由三个只能取整数的量子数n、l、m 共同描述。电子除做轨道运动外，还做自旋运动，其自旋的 状态由自旋磁量子数描述，因此要完整地描述一个核外电子 运动状态需要四个量子数n、l、m、ms。
(4)s能级中有1个原子轨道，p能级中有3个能量相同的 原子轨道，d能级中有5个能量相同的原子轨道。第n层的s轨 道记作ns，第n层的3个p轨道分别记作npx、npy、npz。
原子结构
写出第8号元素氧、第14号元素硅的简化电 子排布式。
O：[He]2s22p4
Si：[Ne]3s23p2
原子实
根据已有知识，试写出K原子的可能电 子排布式与原子结构示意图？
22s22p63s23p63d1 1s 猜想一
猜想二 1s22s22p63s23p64s1
四、构造原理与电子排布式
1、构造原理
3、电子排布式
用数字在能级符号右上角表明该能级上的排 布的电子数。
氢 H 钠 Na 钾 K
1s1 1s12s22p63s1 1s22s22p63s23p64s1
4、原子的简化电子排布
钠的简化电子排布：
[Ne]3s1
意义：用方括号将该元素前一个周期的惰性气 体括起来，再将特征电子排布补充出来。
练习
概率分布图 (电子云)
电子云轮廓图的制作过程 原子轨道
原子轨道：电子云轮廓图称为原子轨道
s能级的原子轨道图 ns能级的各有1个轨道,呈球形
p能级的原子轨道图 np能级的各有3个轨道,呈纺锤形， 3个轨道相互垂直。
五、电子云与原子轨道
2. 原子轨道
d能级的原子轨道图
五、电子云与原子轨道
2. 原子轨道
基态与激发态的关系 原子光谱 吸收光谱
吸收能量 释放能量 发射光谱
基态原子
能量最低
激发态原子
能量较高
锂、氦、汞的发射光谱
锂、氦、汞的吸收光谱
（5）光谱分析： 在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来 鉴定元素，称为光谱分析。
（6） 光谱分析的应用： ①通过原子光谱发现许多元素。 如：铯（1860年）和铷（1861年），其光谱中 有特征的篮光和红光。
的，但能量是不同的。以s、p、d、f……排序的各能级可容纳
O：[He]2s22p4
Si：[Ne]3s23p2
原子实
根据已有知识，试写出K原子的可能电 子排布式与原子结构示意图？
22s22p63s23p63d1 1s 猜想一
猜想二 1s22s22p63s23p64s1
四、构造原理与电子排布式
1、构造原理
3、电子排布式
用数字在能级符号右上角表明该能级上的排 布的电子数。
氢 H 钠 Na 钾 K
1s1 1s12s22p63s1 1s22s22p63s23p64s1
4、原子的简化电子排布
钠的简化电子排布：
[Ne]3s1
意义：用方括号将该元素前一个周期的惰性气 体括起来，再将特征电子排布补充出来。
练习
概率分布图 (电子云)
电子云轮廓图的制作过程 原子轨道
原子轨道：电子云轮廓图称为原子轨道
s能级的原子轨道图 ns能级的各有1个轨道,呈球形
p能级的原子轨道图 np能级的各有3个轨道,呈纺锤形， 3个轨道相互垂直。
五、电子云与原子轨道
2. 原子轨道
d能级的原子轨道图
五、电子云与原子轨道
2. 原子轨道
基态与激发态的关系 原子光谱 吸收光谱
吸收能量 释放能量 发射光谱
基态原子
能量最低
激发态原子
能量较高
锂、氦、汞的发射光谱
锂、氦、汞的吸收光谱
（5）光谱分析： 在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来 鉴定元素，称为光谱分析。
（6） 光谱分析的应用： ①通过原子光谱发现许多元素。 如：铯（1860年）和铷（1861年），其光谱中 有特征的篮光和红光。
的，但能量是不同的。以s、p、d、f……排序的各能级可容纳
人教版《原子结构》课件PPT人教版5
【 交流 研讨】
1、提示锂离子和镁离子的电子排布式为：
2、分析结果：
Li＋： 1s2 是稳定结构； Mg2＋：1s2 2s22p6,它的p轨道为全充满，
钠原子的第一电离结能构较稳定低。，如而果第它二们再电要离失能去突电子，所
【素解越电跃问的释式离性题I。3变能变远1】高相化大已。，差于知也很这I1、锂就大说I：2是明，？为说钠电用什，原离所么I子能2学锂》需很数的的元容值I原1能，素易在子量这的失层就结是I去与很2构远由大一层或大。于个电离于层电子子I1与子之，结层成间而构之为呈镁知间突元识
提示：从同主族的原子结构变化来回答。 因为同一主族从上到下，随着核电荷数的增加，电 子层数增加，原子半径增大，核对外层电子的引力减小， 失电子所需的能量减小，元素第一电离能逐渐减小。
4.在第二周期中Be和N元素及第三周期中Mg和 P的第一电离能大于它们相邻的元素的第一电 离能。为什么？
提示：请同学们先写出Be、B、N、O、Mg、Al、P、S 的电子排布式，并作比较。
1．气态中性原子的原子核外电子排布发生如下变化，吸
收能量最多的是( B )
A．1s22s22p63s23p2→1s22s22p63s23p1 B．1s22s22p63s23p3→1s22s22p63s23p2 C．1s22s22p63s23p4→1s22s22p63s23p3 D．1s22s22p63s23p63d104s24p2→1s22s22p63s23p63d104s24p1
原子得电子能力增强
B Si
Al
As
Ge
Te
Sb
Po
原 子 得 电 子 能 力 减 At 弱
原子失电子能力增强
因为同一周期从左到右随着核电荷数的增加，元素原子半径减少，核对外层电子引力逐渐增大，失电子所需的能量呈增加趋势，即元
现代量子力学原子结构模型PPT课件
第5页/共21页
2、原子核外电子运动区域与电子能量的关系：
电子能量高在离核远的区域内运动，电子能量低在离核近 的区域内运动 ，把原子核外分成七个运动区域，又叫电 子层，分别用n=1、2、3、4、5、6、7…表示，分别称 为K、L、M、N、O、P、Q…，n值越大，说明电子离核 越远，能量也就越高。
电子层序数（n） 1 2 3 4 5 6 7
1、原子核外电子的分层排布
原子核
电子层
+2
+10
He
核电荷数 Ne
该电子层 上的电子
+18
Ar
+1 +8
+12
H
O第4页/共21页
Mg
原子结构示意图
为了形象地表示原子的结构，人们就创
造了“原子结构示意图”这种特殊的图形。
第3层 第2层
原子核
第1层
原子核带正电
核电荷数
+ 15 2 8 5
K层 L层 M层
Mg 失 2e-
Mg2+（带2个单位正电荷）
2、活泼非金属元素的原子容易得到电子 变为带负电荷的阴离子，阴离子所带负电 荷的数目等于原子得到的电子的数目。
O 得 2e-
O2（- 带2个单位负电荷）
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问题解决：氧化镁的形成
宏观：氧气和金属镁反应生成氧化镁，氧化 镁是氧元素与镁元素相结合的产物。
一些元素的原子得失电子的情况
元素
Na Mg O Cl
化合价
原子最外层电 失去（或得到）
子数目
电子的数目
2
6
-1
第13页/共21页
问题解决
原子
①最外层电子数﹤4时，容易失去电子
2、原子核外电子运动区域与电子能量的关系：
电子能量高在离核远的区域内运动，电子能量低在离核近 的区域内运动 ，把原子核外分成七个运动区域，又叫电 子层，分别用n=1、2、3、4、5、6、7…表示，分别称 为K、L、M、N、O、P、Q…，n值越大，说明电子离核 越远，能量也就越高。
电子层序数（n） 1 2 3 4 5 6 7
1、原子核外电子的分层排布
原子核
电子层
+2
+10
He
核电荷数 Ne
该电子层 上的电子
+18
Ar
+1 +8
+12
H
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Mg
原子结构示意图
为了形象地表示原子的结构，人们就创
造了“原子结构示意图”这种特殊的图形。
第3层 第2层
原子核
第1层
原子核带正电
核电荷数
+ 15 2 8 5
K层 L层 M层
Mg 失 2e-
Mg2+（带2个单位正电荷）
2、活泼非金属元素的原子容易得到电子 变为带负电荷的阴离子，阴离子所带负电 荷的数目等于原子得到的电子的数目。
O 得 2e-
O2（- 带2个单位负电荷）
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问题解决：氧化镁的形成
宏观：氧气和金属镁反应生成氧化镁，氧化 镁是氧元素与镁元素相结合的产物。
一些元素的原子得失电子的情况
元素
Na Mg O Cl
化合价
原子最外层电 失去（或得到）
子数目
电子的数目
2
6
-1
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问题解决
原子
①最外层电子数﹤4时，容易失去电子
量子力学解释的原子结构
量子力学解释的原子结构原子结构是理解物质性质和化学反应的基础，而量子力学是揭示原子结构的重要理论框架。
在这篇文章中，我们将探讨量子力学是如何解释原子结构的。
首先，我们需要了解原子的基本组成。
原子由原子核和围绕核运动的电子组成。
传统的传统物理学解释认为电子在核周围的轨道上运动，但这种解释无法解释一些实验观测结果。
随着科学的发展，量子力学被引入到原子结构的研究中，为我们提供了更加准确的解释。
根据量子力学的理论，原子的电子不会以传统意义上的轨道方式运动。
相反，电子存在于一组离散的能级中，这些能级分别由量子数来描述。
量子数包括主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数。
主量子数确定了能级的大小，角量子数给出了电子轨道的形状，磁量子数描述了电子在磁场中的取向，而自旋量子数则是电子自旋性质的度量。
原子的基态是指电子占据最低能级的状态。
当电子受到外界能量的激发时，它们可以跃迁到更高的能级，形成激发态。
这些跃迁通常会伴随着能量的吸收或释放，从而产生谱线。
正是通过观察和分析这些谱线，科学家们得出了原子结构的深入认识。
量子力学还提供了描述电子位置和动量的概率分布函数，即波函数。
波函数的平方可以解释为在某个位置找到电子的概率。
这意味着电子并不像经典物理学所描述的那样具有确定的位置，而是存在于一个模糊的空间中。
另一个量子力学解释原子结构的重要概念是泡利不相容原理。
该原理指出，同一个原子中的电子不能具有相同的四个量子数。
这意味着每个电子在不同的能级中具有不同的状态，从而确保了原子结构的稳定性。
原子结构中最重要的实验观察之一是光谱。
光谱分析是通过测量和分析原子发射或吸收的光谱来研究原子结构的方法。
具体来说，各种元素的光谱都有独特的谱线组合，这些谱线反映了原子的能级结构和电子跃迁过程。
通过比较实验观测到的谱线与理论计算的谱线，我们可以验证和改进量子力学的解释。
除了光谱分析，量子力学还可以解释其他一些原子现象，如原子的自旋和选择定则。