大学无机化学经典课件原子结构
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1913 年，丹麦物理学家 Bohr 提出了新的原子结构理 论，解释了当时的氢原子线状光谱，既说明了谱线产生的 原因，也说明了谱线的波数所表现出的规律性。
10
1900 年，德国科学家 Planck 提出了著名的量子论。 Planck 认为在微观领域能量是不连续的，物质吸收或放 出的能量总是一个最小的能量单位的整倍数。这个最小的 能量单位称为能量子。
15
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
16
玻尔理论对于代表氢原子线状光谱规律性的 Rydberg 公式经验公式的解释，是令人满意的。
玻尔理论极其成功地解释了氢原子光谱，但它的原子 模型仍然有着局限性。玻尔理论虽然引用了 Planck 的量 子论，但在计算氢原子的轨道半径时，仍是以经典力学为 基础的，因此它不能正确反映微粒运动的规律，所以它为 后来发展起来的量子力学和量子化学所取代势所必然。
1896 年法国物理学家 A. H. Becquerel 对几十种荧光 物质进行实验，意外地发现了铀的化合物放射出一种新型 射线。法国化学家 M. S. Curie以铀的放射性为基础进行 研究，陆续发现了放射性元素镭、钋等，发现了放射过程 中的α 粒子、β 粒子和γ 射线。
4
1911 年，Rutherford 根据α粒子散射的实验，提出了 新的原子模型，称为原子行星模型或核型原子模型。
Bohr 理论。
Bohr 理论认为，核外电子在特定的原子轨道上运动， 轨道具有固定的能量 E。Bohr 计算了氢原子的原子轨道 的能量，结果如下
13
13.6 E = - n2 eV
式中 eV 是微观领域常用的能量单位，等于 1 个电子的电 量 1.602 10-19 C 与 1 V 电势差的乘积，其数值为 1.602 10-19 J。
6
氢原子光谱和玻尔模型 Na光谱
所有波长
红
wk.baidu.com
橙
黄绿
青蓝
紫
7
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
8
9
任何原子被激发时，都可以给出原子光谱，而且每种 原子都有自己的特征光谱。这使人们意识到原子光谱与原 子结构之间势必存在着一定的关系。当人们试图利用 Rutherford 的有核原子模型从理论上解释氢原子光谱时， 这一原子模型受到了强烈的挑战。
e∕m = 1.7588×108 Cg-1。
1909年美国科学家 R. A. Millikan 通过他的有名的油 滴实验，测出了一个电子的电量为 1.602×10-19 C，通过 电子的荷质比得到电子的质量 m = 9.11×10-28 g。
3
放射性的发现是 19 世纪末自然科学的另一重大发现。 1895 年德国的物理学家 W. C. Rongen 首先发现了 X－射 线。这种射线最初是由真空放电管中高能量的阴极射线撞 击玻璃管壁而产生的，用高速电子流轰击阳极靶也可产生 X射线。X-射线能穿过一定厚度的物质，能使荧光物质发 光，感光材料感光，空气电离等。
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。
12
1913 年丹麦科学家 Bohr 在 Planck 量子论、 Einstein光子论和 Rutherford 有核原子模型的 基础上，提出了新的原子结构理论，即著名的
1905 年瑞士科学家 Einstein 在解释光电效应时，提 出了光子论。Einstein 认为能量以光的形式传播时，其最 小单位称为光量子，也叫光子。光子能量的大小与光的频 率成正比
11
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。
随着 n 的增加，电子离核越远，电子的能量以量子化 的方式不断增加。当 n → ∞ 时，电子离核无限远，成为 自由电子，脱离原子核的作用，能量 E = 0。
14
Bohr 理论认为，电子在轨道上绕核运动时，并不放 出能量。因此，在通常的条件下氢原子是不会发光的。同 时氢原子也不会因为电子坠入原子核而自行毁灭。电子所 在的原子轨道离核越远，其能量越大。
虽然人类很早就从自然现象中了解了电的性质， 但对电的本质认识是从 18 世纪末叶对真空放电技术的研 究开始的。
2
1879 年，英国物理学家 W.Crookes 发现了阴极射线。 随后，在 1897 年英国物理学家 J. J. Thomson 进行了测定 阴极射线荷质比的低压气体放电实验，证实阴极射线就是 带负电荷的电子流，并得到电子的荷质比
原子中的各电子尽可能在离核最近的轨道上运动，即 原子处于基态。受到外界能量激发时电子可以跃迁到离核 较远的能量较高的轨道上，这时原子和电子处于激发态。 处于激发态的电子不稳定，可以跃迁回低能量的轨道上， 并以光子形式放出能量，光的频率决定于轨道的能量之差：
h = E2 – E1 或 v = (E2 - E1) / h
5
英国物理学家 G. J. Mosley 在 1913 年证实了原子核 的正电荷数等于核外电子数，也等于该原子在元素周期表 中的原子序数。
虽然早在 1886 年德国科学家 E. Goldstein 在高压放 电实验中发现了带正电粒子的射线，直到 1920 年人们才 将带正电荷的氢原子核称为质子。
1932 年英国物理学家 J. Chadwick 进一步发现穿透性 很强但不带电荷的粒子流，即中子。后来在雾室中证明， 中子也是原子核的组成粒子之一。由此，才真正形成了经 典的原子模型。
第一章 原子结构和元素周期系
1.1 原子和元素
古希腊哲学家 Democritus 在公元前 5 世纪指出，每 一种物质是由一种原子构成的；原子是物质最小的、不可 再分的、永存不变的微粒。 原子 atom 一词源于希腊语， 原义是“不可再分的部分”。
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19 世纪末和 20 世纪初，在电子、质子、放射 性等一批重大发现的基础上，建立了现代原子结构模型。
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1900 年，德国科学家 Planck 提出了著名的量子论。 Planck 认为在微观领域能量是不连续的，物质吸收或放 出的能量总是一个最小的能量单位的整倍数。这个最小的 能量单位称为能量子。
15
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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玻尔理论对于代表氢原子线状光谱规律性的 Rydberg 公式经验公式的解释，是令人满意的。
玻尔理论极其成功地解释了氢原子光谱，但它的原子 模型仍然有着局限性。玻尔理论虽然引用了 Planck 的量 子论，但在计算氢原子的轨道半径时，仍是以经典力学为 基础的，因此它不能正确反映微粒运动的规律，所以它为 后来发展起来的量子力学和量子化学所取代势所必然。
1896 年法国物理学家 A. H. Becquerel 对几十种荧光 物质进行实验，意外地发现了铀的化合物放射出一种新型 射线。法国化学家 M. S. Curie以铀的放射性为基础进行 研究，陆续发现了放射性元素镭、钋等，发现了放射过程 中的α 粒子、β 粒子和γ 射线。
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1911 年，Rutherford 根据α粒子散射的实验，提出了 新的原子模型，称为原子行星模型或核型原子模型。
Bohr 理论。
Bohr 理论认为，核外电子在特定的原子轨道上运动， 轨道具有固定的能量 E。Bohr 计算了氢原子的原子轨道 的能量，结果如下
13
13.6 E = - n2 eV
式中 eV 是微观领域常用的能量单位，等于 1 个电子的电 量 1.602 10-19 C 与 1 V 电势差的乘积，其数值为 1.602 10-19 J。
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氢原子光谱和玻尔模型 Na光谱
所有波长
红
wk.baidu.com
橙
黄绿
青蓝
紫
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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
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任何原子被激发时，都可以给出原子光谱，而且每种 原子都有自己的特征光谱。这使人们意识到原子光谱与原 子结构之间势必存在着一定的关系。当人们试图利用 Rutherford 的有核原子模型从理论上解释氢原子光谱时， 这一原子模型受到了强烈的挑战。
e∕m = 1.7588×108 Cg-1。
1909年美国科学家 R. A. Millikan 通过他的有名的油 滴实验，测出了一个电子的电量为 1.602×10-19 C，通过 电子的荷质比得到电子的质量 m = 9.11×10-28 g。
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放射性的发现是 19 世纪末自然科学的另一重大发现。 1895 年德国的物理学家 W. C. Rongen 首先发现了 X－射 线。这种射线最初是由真空放电管中高能量的阴极射线撞 击玻璃管壁而产生的，用高速电子流轰击阳极靶也可产生 X射线。X-射线能穿过一定厚度的物质，能使荧光物质发 光，感光材料感光，空气电离等。
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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1913 年丹麦科学家 Bohr 在 Planck 量子论、 Einstein光子论和 Rutherford 有核原子模型的 基础上，提出了新的原子结构理论，即著名的
1905 年瑞士科学家 Einstein 在解释光电效应时，提 出了光子论。Einstein 认为能量以光的形式传播时，其最 小单位称为光量子，也叫光子。光子能量的大小与光的频 率成正比
11
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。
随着 n 的增加，电子离核越远，电子的能量以量子化 的方式不断增加。当 n → ∞ 时，电子离核无限远，成为 自由电子，脱离原子核的作用，能量 E = 0。
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Bohr 理论认为，电子在轨道上绕核运动时，并不放 出能量。因此，在通常的条件下氢原子是不会发光的。同 时氢原子也不会因为电子坠入原子核而自行毁灭。电子所 在的原子轨道离核越远，其能量越大。
虽然人类很早就从自然现象中了解了电的性质， 但对电的本质认识是从 18 世纪末叶对真空放电技术的研 究开始的。
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1879 年，英国物理学家 W.Crookes 发现了阴极射线。 随后，在 1897 年英国物理学家 J. J. Thomson 进行了测定 阴极射线荷质比的低压气体放电实验，证实阴极射线就是 带负电荷的电子流，并得到电子的荷质比
原子中的各电子尽可能在离核最近的轨道上运动，即 原子处于基态。受到外界能量激发时电子可以跃迁到离核 较远的能量较高的轨道上，这时原子和电子处于激发态。 处于激发态的电子不稳定，可以跃迁回低能量的轨道上， 并以光子形式放出能量，光的频率决定于轨道的能量之差：
h = E2 – E1 或 v = (E2 - E1) / h
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英国物理学家 G. J. Mosley 在 1913 年证实了原子核 的正电荷数等于核外电子数，也等于该原子在元素周期表 中的原子序数。
虽然早在 1886 年德国科学家 E. Goldstein 在高压放 电实验中发现了带正电粒子的射线，直到 1920 年人们才 将带正电荷的氢原子核称为质子。
1932 年英国物理学家 J. Chadwick 进一步发现穿透性 很强但不带电荷的粒子流，即中子。后来在雾室中证明， 中子也是原子核的组成粒子之一。由此，才真正形成了经 典的原子模型。
第一章 原子结构和元素周期系
1.1 原子和元素
古希腊哲学家 Democritus 在公元前 5 世纪指出，每 一种物质是由一种原子构成的；原子是物质最小的、不可 再分的、永存不变的微粒。 原子 atom 一词源于希腊语， 原义是“不可再分的部分”。
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19 世纪末和 20 世纪初，在电子、质子、放射 性等一批重大发现的基础上，建立了现代原子结构模型。