高中化学竞赛 第一章 原子结构与元素周期系

b. 取值范围：m 可取 –l…0 …l 之间的整数，共
2l+1l个。
m
伸展ຫໍສະໝຸດ Baidu向
原0子轨道符号 0
1个
s1
-1,0,1
3个
px, 2py, pz -2,-1,0,1,2
5个
注d意xy,：d上yz,表d中xz只, 有dxm2-y2=, 0d与z2 空间伸展方向有对应关系，
分别对应pz和dz2 原子轨道。
积
r dr
离核距离为 r
的球壳薄层示意图
氢原子 1s 电子的壳层概 率与离核半径的关系
1.2.2 电子的运动状态
3、概率密度与电子云
等密度面
电子云界面图
1.2.2 电子的运动状态
4、四个量子数
（1）主量子数（n）
a. 决定电子在核外出现概率最大区域离核的平均距
离 b. 取值范围：正整数，n = 1,2,3…
卢瑟福
1919年接替汤姆森担任卡 文迪许实验室主任。
1.1 原子结构理论的发展概
况
三、丹麦物理学家 玻尔 (Niels
H.D.Bohr)
1885年生于丹麦的哥本哈
根
1911年获得博士学位
1913年结合普朗克量子论 发表了长篇论文《论原子构造和 分子构造》，创立了原子结构理 论。
而他本卢人瑟又福指是导汤包括姆玻森尔六在位1内9获2的2诺年十贝获一尔得位奖诺诺的贝贝学尔尔生物奖之理获一奖得，。者。
1.2.1 电子运动的特性
德国科学家海森堡
2、测不准原理
1927年，德国科学家 海森堡提出测不准原理， 即对具有波粒二象性的微 粒，不可能同时准确测定 它们在某瞬间的位置和速 度（或动量）。
1.2 原子结构的量子力学模 型
二、电子的运动状态
1、薛定锷方程
薛定锷
2
x2
2
y 2
2
z 2
8 2m
1.1.3 玻尔理论
1、“玻尔理论” 的要点
（1）原子内电子按能 级分层排布；
（2）各能级间能量是 不连续的，即量子化；
（3）只有电子在不同 能级间产生跃迁时才 有能量的吸收或放出；
1.1.3 玻尔理论
2、应用“玻尔理论” 解释氢光谱 H
氢原子光谱实验示意图 “玻尔理论”不能说明多电子原子光谱，也不能 说明氢原子光谱的精细结构！
采用薛定锷方程来描述原子内电子的运动状态， 即原子结构的量子力学模型。
1.2 原子结构的量子力学模 型
一、电子运动的特性 1、波粒二象性
1680年，牛顿提出光 具有粒子性，认为光就是 能做直线运动的微粒流。
1690年，惠更斯提出 光具有波动性，能解释光 的干涉、衍射等现象。
大科学家牛顿
1.2.1 电子运动的特性
单电子原子（H）：
n相同，l不同：Ens=Enp=End=Enf n不同，l相同：E1s<E2s<E3s<E4s
多电子原子：
n相同，l不同：l,E Ens<Enp<End<Enf n相同，l相同：E =E =E
1.2.2 电子的运动状态
4、四个量子数
（3）磁量子数（m）
a. 描述原子轨道在空间的伸展方向。
汤姆森
1906年获得诺贝尔物理 奖。 1904年提出原子的“枣糕
模型”，认为“电子是均匀地分
布在正电荷的海洋中”。
1.1 原子结构理论的发展概
况
二、英国物理学家 卢瑟福
(E.Rutherford)
1895年在剑桥大学攻读博
士学位期间直接受到汤姆森的指
导
1908年获得诺贝尔化学奖
1911年根据粒子散射实验 的结果提出原子的“含核模型”， 也称为“行星模型”
R(r) ：径向波函数
Y ( , ) ：角度波函数
1.2.2 电子的运动状态
3、概率密度与电子云
概率密度：电子在核外某处单位体积内出现的概率称为 该处的概率密度。 电子云：电子在核外各处出现的概率密度大小的形象化 描绘。
概 率 密 度
离核半径
1.2.2 电子的运动状态
3、概率密度与电子云
壳层概率= r处的概率密度 × 壳层体
l值
0
1
2
3…
l 值符号
s
p
d
f…
原子轨道 的形状
1.2.2 电子的运动状态
4、四个量子数
（2）角量子数（l）
n
l
原1子轨道 0
s2
0,1
s,p 3
0,1,2
s,4p,d 0,1,2,3
s,p,d,f
亚层数 1 2 3
4
1.2.2 电子的运动状态
4、四个量子数
（2）角量子数（l）
c. 对电子能量有影响：
c. 代表层次：
n值 n 值代号
1 2 3 4 5… K L M N O…
d. 决定电子能量的高低：
n值越大，电子能量越高。
1.2.2 电子的运动状态
4、四个量子数
（2）角量子数（l）
a. 描述原子轨道的不同形状，表示电子层中各个不 同的电子亚层。
b. 取值范围：l 可取 0 ~ n-1之间的整数
1、波粒二象性
1905年，爱因斯坦用 光子理论成功地解释了光 电效应，提出光既有粒子 性，又有波动性，即光具 有波粒二象性。
大科学家爱因斯坦
1.2.1 电子运动的特性
1、波粒二象性
法国物理学家德布罗依
1924年，法国物理学 家德布罗依受到光具有波 粒二象性的启发，提出了 电子等实物粒子也具有波 粒二象性的假设。该假设 在1927年被电子衍射实验 所证实。
1.1 原子结构理论的发展概 况
四、奥地利物理学家 薛定锷 (E.Schrödinger) 1926年，薛定锷在考虑实物
微粒的波粒二象性的基础上，通过 光学与力学的对比，提出了描述微 观粒子（包括原子内的电子）运动 的基本方程，即著名的薛定锷方程：
2 2 2 8 2m (E V ) 0
x2 y2 z2 h2
1.2.2 电子的运动状态
4、四个量子数
（3）磁量子数（m）
c. 对电子能量没有影响
第一章 原子结构与元素周期 系
1.1 原子结构理论的发展概 况 1.2 原子结构的量子力学模 型 1.3 原子的电子层结构与元素周期 系 1.4 原子结构与元素性质的关系
1.1 原子结构理论的发展概
况
一、英国物理学家
汤姆森 (J.J.Thomson)
1884年担任著名的卡文 迪许实验室主任
1897年通过阴极射线实 验发现了电子
h2
(E
V
)
0
Ψ：波函数
E：体系的总能量
V：体系的势能
m: 微粒的质量
h: 普朗克常数, 其值为6.63×10-34
J·s
1.2.2 电子的运动状态
2、波函数
z
2
x2
2
y 2
2
z 2
8 2m
h2
(E
V )
0
（1）坐标变换
(x, y, z) (r, ,)
x
（2）变数分离
y
(r, ,) R(r) ( ) () R(r) Y ( ,)