第八章原子结构(新)剖析
无机化学第八章 原子结构
③光谱线在磁场中的分裂；
除基态外的其它状态 —— 激发态
电子尽可能处于离原子核最近、 势能最低的—— 基态。
∵ 放出光子的能量大小取决于两个能级之间的能量差， ∴不同能级间的跃迁所得谱线不同。
三、玻尔理论的合理性和局限性
冲破了经典物理的束缚，用能量量子化成功解释了单电子体系 产生光谱的原因。
缺陷在于勉强加进了一些假定，认为电子的运动符合经典力学 运动定律，有固定轨道，无法解释下述实验结果：
是量子化的。变化的不连续是指量的变化有一个最小单位。
电量是量子化的—Байду номын сангаас其最小单 位是一个电子所带的电量，
而长度、面积、时间、 速度则是非量子化的。
2）轨道能级------- 一个原子有多个定态轨道，不同的定态轨道 势能 不同，这些不同的势能状态称为：能级。
激发态原子发光的原因：
当电子从较高的能级跃迁回较低的能级时，原子会以光子形式 放出能量—— 激发态原子发光的原因。
这四条谱线是如何产生的？？？
二、玻尔的氢原子模型理论 模型的要点
该氢原子模型是在牛顿力学和 量子论的基础上建立的。
1）定态轨道—— 电子只能在以原子核为中心的某些圆形轨道上
运动。这些轨道的能量是量子化的, 且其状态
不随时间而改变, 故称为：定态轨道。
何谓量子化？
在物理学上, 若某一物理量的变化是不连续的, 则该物理量就
第八章 原子结构
§8.1氢原子光谱和玻尔理论 一、氢原子光谱
1、 光谱——复合光经过色散系统分光后，按波长（或频率）的大 小依次排列的图案。 红外光谱(0.75m ~ 1000 m)
按波长区域划分 可见光谱(400nm ~ 750nm) 紫外光谱(10nm ~ 400nm)
第八章醛、酮、醌第一节醛和酮一、醛酮的结构和命名羰基碳原子SP2杂化
二、醛酮的物理性质羰基是极性基团，羰基中的氧原子可以与水形成氢键，醛酮的沸点比相应分子质量的烷烃高得多，而比相应分子质量的醇低得多。
三、醛酮的化学性质（一）羰基的加成羰基碳原子带部分正电荷，显正电性，易发生羰基的亲核加成反应醛、酮亲核加成反应的活泼性z空间效应考虑：醛羰基中有一个小的氢原子，酮羰基中有两个烃基，加成产物的中心碳原子周围较拥挤，反应平衡中产率较低z电子效应考虑：烃基是推电子的基团，醛只连有一个推电子的基团，而酮则连有两个推电子基团z直接连有吸电子基可使羰基碳原子正电性增高，更易于发生加成反应CCl3CHO＞HCHO＞RCHO＞CH3COCH3＞RCOCH3＞ArCOCH3＞ArCOAr常见醛酮的相对活泼性顺序为：（二）与氨的衍生物的加成—消除反应氨的衍生物通式H 2N－X 。
氨的衍生物氮原子上仍保留一对孤电子，容易与醛酮发生反应最常见的有：羟胺H 2N－OH 肼H 2N－NH 2；苯肼、H 2N－NHC 6H 52,4-二硝基苯肼H 2N－NHC 6H 5（NO 2）2 -2,4氨基脲H 2N－NHCONH 2醛类或酮类分子中的羰基被锌汞齐和浓盐酸还原为亚甲基：此法只适用于对酸稳定的化合物。
对酸不稳定而对碱稳定的化合物可用Wolff-Kishner-黄鸣龙反应还原。
反应机理本反应的反应机理较复杂，目前尚不很清楚。
参考文献[1]E. Clemensen, Ber.,1913, 46, 1837.[2]S. Yamamura, S. Ueda, Y. Hirata, Chem. Commun., 1967, 1049.[3]S. Yamamura, Y. Hirata, J.Chem. Soc.,C,1968, 2887.[4]S. Yamamura, Chem. Commun., 1968, 1494.[5]S. Yamamura,Tetrahedron Lett., 1967, 3361.[6]M. Toda, Y. Hirata, S.Yamamura,Chem. Commun., 1969, 919.。
第八章 原子结构(2)
电负性( P)变化
主 族 元 素
元素的原子半径变化趋势
第四周期元素 r/pm 第五周期元素
Sc 161 Y
Ti 145 Zr
V 132 Nb
Cr 125 Mo
r/pm 第六周期元素 r/pm
181 Lu 173
160 Hf 159
143 Ta 143
146 W 137
镧系元素从左到右，原子半径减小幅 度更小，这是由于新增加的电子填入外数 第三层上，对外层电子的屏蔽效应更大， 外层电子所受到的 Z* 增加的影响更小。镧 系元素从镧到镱整个系列的原子半径减小 不明显的现象称为镧系收缩。
同一周期：
短周期：从左到右，Z*显著增加。 长周期：从左到右，前半部分有Z*增加 不多，后半部分显著增加。 同一族：从上到下，Z*增加，但不显著。
2. 原子半径
在同一周期中，从左到右减小 主 由于核电荷的增加，核外电子受核的引 族 力增大，原子半径减小。 元 素 在同一族中，从上到下增加 由于主量子数 n 的增加，原子半径一般增 加。 过渡元素：从左到右r 缓慢减小； 从上到下r略有增大。
Z=56，Ba： [Xe] 6s2 。
四个量子数小结：
原子中每个电子的运动状态可以用n，l，m， ms四个量子数来描述：主量子数n决定电子层 数和主要电子的能量；角量子数l决定原子轨道
的形状，同时也影响电子的能量；磁量子数m
决定原子轨道在空间的伸展方向；自旋量子数
ms决定电子自旋的方向。四个量子数确定后，
3. 电离能
第一电离能——处于基态的1mol气态原子失去 1mol电子成为气态一价正离子所需的能量，称 为该元素的第一电离能。 同一周期中 自左至右，第一电离能一般增加，但有一 些波动。当电子结构为全充满或半充满时， 其第一电离能相应较大。 同一族中 主族，自上而下第一电离能依次减小。
8第八章d区、dS区和f区元素
Cr2O3+3H2SO4=Cr2(SO4)3+3H2O Cr(OH)3+3HCl=CrCl3+3H2O Cr2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Cr(OH)4] 2NaCrO2+2NaOH+3H2O=2NaCrO4+4H2O
酸性溶液中，只有强氧化剂能把Cr（Ⅲ）氧化
2Cr3+ + 3S2O82
,Ag催化 Cr2O72 + 6SO42 +14H+
2Cu+O2+H2O+CO2=Cu(OH)2·CuCO3
（二）锌 4Zn+2O2+3H2O+CO2=ZnCO3·Zn(OH)2
Zn+2NaOH+2H2O=Na[Zn(OH)4]+H2↑ Zn+4NH3+2H2O= [Zn(NH3)4](OH)2+H2↑ （三）汞 液态金属，膨胀系数均匀，制造温度计
过渡元素的生物学效应 9种过渡元素是人体必需微量元素 V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo
微量元素的研究有助于现代化学和生命 科学在分子、亚分子水平上研究生命过程。
第二节 铬和锰
铬 Cr ⅥB族元素 价电子构型 3d54s1
锰 Mn ⅦB族元素 价电子构型 3d54s2
氧化态 Ⅵ、Ⅲ、Ⅱ 氧化态 Ⅶ、Ⅵ、Ⅲ、Ⅱ
二、铁（Ⅱ、Ⅲ）离子的鉴定
（一）Fe2+离子的鉴定
Fe2++[Fe(CN)6]3- +K+ =KFe[Fe(CN)6]↓(蓝色) 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O Fe3++nSCN-= [Fe(SCN)n]3-n(血红色) （二）Fe3+离子的鉴定
第八章 原子结构与量子化学(中)
p 1920年中学毕业后进入慕尼黑大学物理系学习理论物理，
的、连续变化的数值；微观粒子只能处于某些确定的能量 状态，能量的改变量不能取任意的、连续的数值，只能是 分立的，即量子化的。
Ø 不确定原理对宏观物体没有实际意义（h 可视为 0）；微观
粒子遵循不确定原理，h 不能看做零。
9
海森伯（1901～1976）Heisenberg，德国物理学家。
p 1927年提出“不确定性”，阐明了量子力学诠释的理论局
13
Ø
波函数和微观粒子的状态
p 几率密度：单位体积内找到电子的几率，即 ψ*ψ p 电子云：用点的疏密表示单位体积内找到电子的几率，与
ψ*ψ 是一回事
p 几率：空间某点附近体积元 dτ 中电子出现的概率，即ψ*ψdτ p 用量子力学处理微观体系，就是要设法求出 ψ 的具体形式。
虽然不能把 ψ 看成物理波，但 ψ 是状态的一种数学表达，能 给出关于体系状态和该状态各种物理量的取值及其变化的信 息，对了解体系的各种性质极为重要。
5
不确定原理和波动力学的轨道概念
p 海森堡的不确定原理
（Heisenberg’ uncertainty principle ） 1. 如果我们能设计一个实验准确测定微粒的位置，那就 不能准确测定其动量，反之亦然； 2. 如果我们精确地知道微粒在哪里, 就不能精确地知道它 从哪里来, 会到哪里去;如果我们精确地知道微粒在怎 样运动, 就不能精确地知道它此刻在哪里.
原子结构讲解
原子结构讲解
原子结构是指原子的组成以及各组成部分之间的相对位置。
原子是由原子核和核外电子组成的，原子核位于原子的中心，核外电子围绕原子核高速旋转。
原子结构示意图是一种表示原子结构的图示，它用圆圈和小圈分别表示原子核和核内质子数，弧线表示电子层，弧线上的数字表示该层的电子数。
原子的核外电子是分层排列的，从里到外分别称为第一层、第二层、第三层等。
每层最多可以排2×(n)^2个电子，其中n表示层数。
最外层电子数不
超过8个，次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。
原子的性质由其核外电子的排布决定。
根据电子排布的不同，原子可以分为金属原子、非金属原子和稀有气体原子。
金属原子的最外层电子数一般小于4，容易失去电子，表现出金属的特性；非金属原子的最外层电子数一般大
于或等于4，容易得到电子，表现出非金属的特性；稀有气体原子的最外层电子数为8个（氦为2个），是一种稳定结构，表现出稀有气体的特性。
以上就是原子结构的简要介绍，如需获取更多信息，建议查阅化学书籍或咨询化学专家。
第八章原子结构和元素周期表PPT课件
电子运动状态的量子力学概念
一 、原子结构的认识史
1、古原子说
希腊词“原子”— “ato2m、o近s”代原子学说
——不可分割
质量守恒定律，定组成定律，倍 比定律
原子不可再分。
6
电子运动状态的量子力学概念
3、枣糕模型:
1906年诺贝尔 物理学奖
-
阴极
O
K
狭缝 +
7
4、Rutherford E有核原子模型
镧铈 镨 钕 钷 钐 铕 钆 铽镝 钬 铒 铥 镱镥
89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101Md 102 No 103 Lr
锕 钍 镤 铀镎 钚 镅 锔 锫 锎 锿 镄 钔 锘 铹
4
第一节
电子运动状态的 量子力学概念
-粒子散射实验： -粒子：He+
Rutherford E “有核”原子模型： ◆ 原子核好比是太阳，电子好比是绕 太阳运动的行星，绕核高速运动。 8
电子运动状态的量子力学概念
核外电子有怎样的状态呢？
◆该模型与经典的电磁学发生矛盾: 绕核电子应不停地连续辐射能量, 结果: (1)应得到连续光谱; (2)原子毁灭。 事实: (1)原子没有毁灭; (2)原子光谱也不是连续光谱而是
7 87 Fr 88 Ra 89-103 104 Rf 105 Db 106 Sg 107 Bh 108 Hs 109 Mt 110 111 112
钫 镭 Ac-Lr 钅卢 钅杜 钅喜 钅波 钅黑 钅麦 Uun Uuu Uub
114 116 118
镧系 锕系
57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69Tm 70 Yb 71 Lu
第八章 原子结构
=
2.179 ´10-18
J
2.Schrödinger 方程与量子数
1924 年， de Broglie（德布罗依）首先提出：电子不但具有粒子性，而且具有波动性。 他认为，质量为 m,运动速度为 v 的粒子，其波长为
l = h / mv
de Broglie 的假设三年后即为电子衍射实验所证实。 由于核外电子具有波粒二象性，其运动规律必须用量子力学来描述。 Schrödinger（薛定谔）方程是量子力学的一个基本方程，它是一个二阶偏微分方程，
图 814 2p Z 电子云的空间分布等密度线
同理，也可以画出 3s,3p,3d,…的有关图形。 d 轨道的角度分布图（见图 815）和 d 轨道电子云的角度分布（如图 816）都是花瓣形的。
y
z x
x d z2
q=p d 2 x2 - y2
z
x
f =0 d xz
y
f=p 2
d yz
z x
q=p 2
z 30o
+ q 60o
x, y
z
q
x, y
-
（a）2p Z 轨道的角度分布 Y2p Z 图 （b）﹙Y2p Z﹚2 示意图（图中虚线表示的是 Y2p Z 图形）
图 810
2p X 和 2p y 轨道的角度分布图形状与 2p Z 相同，但空间取向不同（如图 811）。2p X 和 2p y 电
¶2y ¶x2
+
¶ 2y ¶y2
+
¶ 2y ¶z 2
=
-
8p h
m
2
(
E
-
V
)y
解 Schrödinger 方程可以求出波函数y 和能量 E。
第八章 原子结构与量子化学(下)
1第八章（下）原子结构和元素周期表6 元素周期表主量子数n1234角量子数l0123每个亚层中1357轨道数目23p共七个周期：一个特短周期(1)、二个短周期(2,3)、二个长周期(4,5)、二个特长周期(6,7)，第7周期又叫不完全周期。
p序号表达了该周期中原子开始建立的电子层。
p七个周期对应于顺序图中的七个能级组。
p除第一周期外，各周期均以填充s 轨道的元素开始，并以填充p 轨道的元素告终。
4价电子构型相似的元素在周期表中分别集中在4个区(block)区价电子构型üs区n s1~2üp区n s2 n p1~6üd区(n–1)d1~10n s1~2üf 区(n–2)f1~14(n–1)d0~1n s25p主族元素(main-group elements)：s区和p区元素p过渡元素(transition elements)：d区元素p内过渡元素(inner transition elements)：f区元素。
填入4f亚层和5f亚层的内过渡元素分别又叫镧系元素(lanthanide或lanthanoid)和锕系元素(actinide或actinoid)。
677 原子参数p 金属半径(metallic radius )1.适用金属元素2.固体中测定两个最邻近原子的核间距一半p 共价半径(covalent radius )1.适用非金属元素2.测定单质分子中两个相邻原子的核间距一半7.1 原子半径(atomic radius)严格地讲，由于电子云没有边界，原子半径也就无一定数；迄今所有的原子半径都是在结合状态下测定的。
8Atomic radii (in pm)Li 157Be112Mg160Na 191Ca 197K235Rb 250Sr 215Ba 224Cs 272Sc 164Mo 140Cr 129Mn 137Tc 135Re 137Os 135Ru 134Fe 126Co 125Rh 134Ir 136Pt 139Pd 137Ni 125Cu 128Ag 144Au 144Hg 155Cd 152Zn 137Ti 147V135Nb 147Y182Hf 159Ta 147W 141Lu 172Zr 160B88C77N74O 66F64Al 143Si 118P 110S104Cl99Ge 122Ga 153Tl 171In 167Br114As 121Se 104Sn 158Sb 141Te 137I133Bi182Pb 175Source:Wells A F ,Structural Inorganic Chemistry,5th edn.Clarendon Press,Oxford(1984).同周期原子半径的变化趋势(一)总趋势：随着原子序数的增大，原子半径自左至右减小。
大一无机化学课件第八章原子结构
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
Ｅ＝h Ｅ—光子的能量 —光的频率
h—Planck常量， h =6.626×10-34J·s
Bohr理论(三点假设)：
①核外电子只能在有确定半径和能量的轨 道上运动,且不辐射能量；
4 N 0 4s 0
4s
1 4p 0,±1
4pz,4px,4py
2 3
4d 0,±1, ±2 4f 0,±1, ±2, ±3
4…dz…2 , 4dxz , 4dyz , 4dxy , 4dx2 - y2
n,l,m
原子的单电子波函数，又称原子 轨道波函数，例如：
n=1，l=0，m=0
1,0,0 1s , 即1s轨道；
dz2 , d xz , d yz , d xy , d x2 - y2 。
n
主 层
l
亚 层
m
原子轨道
1 K 0 1s 0
1s
2 L 0 2s 0 1 2p 0,±1
2s 2pz,2px,2py
3 M 0 3s 0
3s
1 3p 0,±1
3pz,3px,3py
2 3d 0,±1, ±2
3dz2 ,3d xz ,3d yz ,3d xy ,3dx2 - y2
玻恩的统计解释
对大量粒子来说，波强度大的地方表 示在该点出现的粒子多，波强度小的 地方表示粒子在该点出现的粒子少。 对一个电子来说，空间任一点波的强 度和粒子在该点出现的几率成正比。
玻恩(德) 1954获诺贝尔奖
物质波是几率波。电子的波性是和微粒粒子的统计 性联系在一起的。
第八章 原子结构与周期系
第八章原子结构与周期系第一节 核外电子运动的特征•不连续光谱,即线状光谱 。
•其频率具有一定的规律。
12215s )121(10289.3−−×=n v n = 3,4,5,6经验公式：氢原子光谱特征：Bohr 理论三点假设：①核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动,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 E E E E h 1212−=−=ννE ：轨道能量h ：Planck 常数1924年，Louis de Broglie 认为：质量为 m ，运动速度为υ的粒子，相应的波长为：电子的波粒二象性1927年，Davissson 和Germer 应用Ni 晶体进行电子衍射实验，证实电子具有波动性。
λ=h /m υ=h /p ，h =6.626×10-34J·s ，Plank常量。
()ΨV E h m z Ψy Ψx Ψ−−=∂∂+∂∂+∂∂22222222π81.SchrÖdinger 方程Schr SchrÖÖdinger 方程与量子数：空间直角坐标z y x ,,常数：Planck h ：势能V ：能量E 波函数： Ψ：质量m 第二节 核外电子运动状态的描述—量子力学原子模型直角坐标( x,y,z )与球坐标(r ,θ,φ)的转换222z y x r ++=cos r z =θsinsin r y =φθcossin r x =φθ()()φθ,, ,, r Ψz y x Ψ ⇒()()φθ,Y r R ⋅=2.四个量子数① 主量子数 n1,...2,1,0−=n l ③ 磁量子数 m④ 自旋量子数 m s,21=s m ll m −+=......,0, (2)1−=s m ② 角量子数n =1, 2, 3,……•用来描述核外电子出现概率最大区域离的平均距离，是决定电子运动能量高低的主要因素。
第八章 原子结构
E —— 能量， h —— 普朗克常数，ν ——频率
λ —— 波长，P —— 动量
◇ 1911年，英国物理学家卢 瑟福通过α粒子散射实验，
提出了含核原子模型—— 原子行星模型；
电子绕核旋转，象行 星绕太阳旋转一般。
• 卢瑟福原子行星模型说明了原子的组成， 具有重大贡献！但仍有问题：
问题1：
1.电子运动，发射电磁波，能量渐失，直 到原子湮灭。 但事实是原子能稳定存在。
解薛定谔方程不是易事，也不是本课程 的任务，我们用其结论。
如何求解氢原子的波函数
(1) 直角坐标系 球坐标 ( x, y, z ) (r , , ) z p (r , , ) ·
r
y · Q
0
x
(2) 要使薛定谔方程有合理解，需要引入
三个量子数n，l，m（分别称为主量子数，角
r = Bn2 (B=52.9pm，氢原子基态电子离核的距离)
（2）电子在不同轨道上运动时具有不同能量，
电子运动时所处的能量状态称为能级。电子的能量 是量子化的。
En 2.179 10
18
1 n2
n为量子数，（n=1，2，3……) （3）电子只有在不同能级之间跃迁时，才吸
收或放出能量，辐射一定频率的光。 △E= E2 - E1= hν
取值：0，±1，± 2，± 3，… ± l （共2l+1个）
即：各亚层有2l+1个空间的伸展方向，有
2l+1个简并轨道。
如n=3，l = 0， 对应3S亚层， m = 0 = 1，对应3p亚层， m = 0, +1, -1
= 2，对应3d亚层， m = 0, +1, -1, +2, -2 即：s、p、d亚层分别有1、3、5条简并轨道
2017-第八章-原子结构-2F
物的性质，随着元素的原子序数(核电荷数)的
依次递增，呈现周期性的变化
元素周期表(长表)： 周期号数等于电子层数 各周期元素的数目等于相应能级号数等于原子最外层电子数
门捷列夫
区
根据最后一个电子填入的亚层确定
最外层电子数＝2 4s2
族数 ＝(最外层+次外层)电子数 ＝3
周期数 ＝电子层数 = 4
电子排布式 1s22s22p63s23p63d14s2
8.4 原子性质的周期性
原子的电子层结构随核电荷的递增呈周期
性变化，促使原子的某些性质呈周期性变化
如: 原子半径 电离能 电子亲合能
电负性
8.4.1 有效核电荷Z* 同一周期：短周期：从左到右， Z*显著增加 元素原子序数增加时，原子的有效核电荷
应用核外电 子填入轨道 顺序图，根 据泡利不相 容原理、能 量最低原理、 洪德规则， 可以写出元 素原子的核 外电子分布 式
核外电子填入轨道的顺序图
如
2 2s2 2p3 1s N 7
1s 2s
2p
1 6 2 2 2 6 K 4s 3p 1s 2s 2p 3s 19
1s 2s
2p
3s
3p
4s
2 2s2 2p6 3s2 3p6 6 4s2 Fe 1s 3d 26
长周期：从左到右，前半部分有 Z* 增加不多， Z *呈现周期性的变化 后半部分显著增加 Z* 同一族：从上到下， Z*增加，但不显著
Z
8.4.2 原子半径 (r )
1) 共价半径 2) 金属半径 3) van der Waals 半径
共价半径——两个相同原子形成共价键时， 其核间距离的一半 d = 198 pm r(Cl) = 99 pm d = 154 pm
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玻尔理论对氢原子光谱的产生和不连续性解释： ①在正常状态下，氢原子中的电子处于基态， 不会发光。 ②当吸收能量后，电子由基态跃迁到激发态， 此时电子不稳定，可回到能量较低的轨道，并 以光的形式释放出能量。 ③两轨道能量差是确定的，放出的射线有确定 的频率。 ④n=1为基态。氢原子光谱中在可见光区的 四条谱线分别是电子从n=3，4，5，6能级 跃迁到n=2能级时所放出的辐射
（2）轨道离核愈远，能量愈高。在通常情 况下,原子中的电子尽可能处在离核最近的 轨道上。当原子中的电子处在离核最近的
轨道时，它们处于最低的能量状态，称为
基态。当原子从外界获得能量时，电子可
跃迁到离核较远的能量较高的轨道上去， 这种状态称为激发态。
（3）当电子从激发态向基态跃迁时，能 量差以光辐射的形式发射出来。光子能 量的大小决定于两个轨道能级之间的能 量差：
玻尔理论的局限：
不能解释多电子原子光谱和氢原子的 精细光谱
§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
1924年，法国物理学家Louis.de Broglie =h/m，即=h/p，p为动量。
粒子性实验：在阴极射线管内的两极之间装一 个可旋转的小飞轮。当阴极射线（电子流）打 在飞轮叶片上，小轮即可转动，说明电子具有 质量、有动量的粒子，亦即具有粒子性。
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)
8.1.2 氢原子光谱
1.光和电磁辐射红橙黄绿青蓝
紫
连续光谱 (continuous
spectrum): 太阳光或白炽灯发出 的白光，通过玻璃三 棱镜时形成的没有明 显分界线的光谱。
2.氢原子光谱 (不连续光谱，即线状光谱)
/nm /1014s1
Hδ Hγ 410.2 434.0 7.31 6.91
Hβ 486.1 6.07
Hα 656.3 4.57
1885年Balmer发现氢原光谱在可见光区各 谱线的频率遵守下列公式：
8.2.2 测不准原理(Werner Heisenberg, 1926)
微观粒子，不能同时准确测量其位置和动量 测不准关系式：
ΔxΔP
h或 4π
Δ
x
h 4πmΔυ
x －粒子的位置不确定量 P －粒子动量的不确定量 －粒子的运动速度不确定量
微观粒子的运动不遵循经典力学的规律。
§8.3 氢原子结构的量子力学描述
坐标变换 球坐标(r,θ,φ)与直角坐标系的关系
z r cosq y r sinq sin x r sinq cos
r x2 y2 z2
(r,θ,φ) = R(r)·Y(θ,φ)
8.3.2 量子数
1. 主量子数 n n =1, 2, 3, 4, 5, 6…… 正整数
对应 K, L, M, N, O, P…… 电子层
E=nh, h = 6.626×10 -34 J·s——Planck常数 光子学说：光是由具有粒子特征的光子所组成 E=h。
玻尔首次认识到氢原
子光谱与氢原子结构
之间的内在联系，提
出氢原子模型。
其要点为：
（1）电子是沿环状轨 道绕核运转的。这 些轨道有确定的能 量和半径——定态 轨道。电子在这些 轨道上运动时并不 辐射出能量。
原子能级
• n=∞表示电子处于离核无穷远的能级。该 电子与核间不再有吸引力，相对于核而言 该电子能量是零。其它比n=∞低的能级， 能量底于零，为负值。
= 2- 1= h，
ν
3
.
2
8
9
1
01
5(
1 n12
) 1
n
2 2
ΔE
2
.
1
7
9
1
01
8(
1 n12
) 1
n
2 2
因此可以确定氢原子各能级的能量，令n2=∞，
8.3.1 Schro••dinger方程与波函数 8.3.2 量子数 8.3.3 概率密度与电子云 8.3.4 原子轨道与电子云
的空间图像
8.3.1 Schro••dinger方程与波函数
2
x 2
2
y 2
2
z 2
8π 2m h2
E
V
：波函数
E：能量 V：势能 m：质量 h：Planck常量 x, y, z：空间直角坐标
第二篇 物质结构基础
第八章 原子结构
§8.1 原子结构的Bohr理论 §8.2 微观粒子运动的基本特征 §8.3 氢原子结构的
量子力学描述
§8.4 多电子原子结构 §8.5 元素周期表 §8.6 元素性质的周期性
§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
•与电子能量有关，对于氢原子而言， 电子能量唯一决定于n。
E
2.179 10 18 n2
n1=1时，E1= - 2.179×10-18 J
n1=2时，E2= - 5.448×10-19 J
n1=3时，E3= - 2.421×10-19 J
……
n1=n时，
En
2 . 1 7 9 1 01 8
1 n2
玻尔理论的贡献： 成功地解释了氢原子光谱，把宏观的 光谱现象和微观的原子内部电子分层 结构联系起来，推动了原子结构理论 的发展。
波动性实验： 1927年，C.J.Davisson等人， 让电子射线从A处射出，穿过镍晶体粉末，投 射到屏幕上，如同光的衍射一样，也会出现 明暗相间的衍射环纹。证实了电子具有波动 性。
电子源
微观粒子的运动特点 微观粒子具有波粒二象性，所以量子力学认为 微观粒子在极小的空间内无固定的途径，只有 统计规律，即只能用概率而不能用途径来描述 它们的运动状态。
ν
3
.
2
8
91
01
5(
1 22
1 n2
)
s-
1
n:大于2的正整数. n = 3, 4 , 5, 6 分别对应氢光谱中
↓ ↓ ↓↓ H、H、H、H 、 Balmer系
8.1.3
玻尔理论的基础是Planck的量子论和爱因斯坦 的光子学说。
量子理论：物质吸收和发射能量是不连续的。 能量包含着大量微小分立的能量单位,称为量 子。物质吸收和发射的是量子整数倍的能量。