《原子结构说》课件

原子结构说探索物质的最小构成单元揭示物质性质和变化的奥秘投稿人DH DingJunHong课程大纲第一部分原子的发现第二部分电子的基本第三部分原子轨道结第四部分原子的电子性质构构型•原子的定义和历史•电子的电荷和质量•量子数和轨道分类•原子电子构型的表示•道尔顿原子模型•电子的波粒二象性•原子轨道的排布规律•价电子和内层电子•汤姆森的布丁石模型•量子力学的基本原理•1s、2s和2p轨道的特点•电子构型与元素性质•普拉克的黑体辐射和量子论•薛定谔方程及其应用•Pauli exclusion原理•电子云图的应用•罗瑟福的原子核模型•波尔的原子轨道模型原子的发现

1.原子是物质最小的基本单位，但古希腊人已经开始思考物质的本质德谟克利特1提出“原子”概念，认为物质是由不可分割的粒子组成的亚里士多德2反对原子理论，认为物质可以无限分割道尔顿3提出原子学说，用实验验证了原子的存在道尔顿的原子学说奠定了现代化学的基础，但当时人们对原子的结构还一无所知汤姆森的布丁石模型汤姆森的模型布丁石模型汤姆森是一位英国物理学家，在1897年发现了电子该模型将原子比喻为布丁，正电荷像布丁一样，而电子像布丁中的梅子一样分散在其中他提出了原子模型，将原子描述为带正电的球体，其中均匀分布着带负电的电子普朗克的黑体辐射和量子论黑体辐射是物理学中一个重要的研究领域，它描述了物体在不同温度下辐射能量的规律普朗克通过对黑体辐射的研究，提出了量子论，认为能量不是连续的，而是以离散的量子形式存在的量子论的提出彻底改变了人们对物理世界的理解，它不仅解释了黑体辐射现象，也为现代物理学的许多分支奠定了基础罗瑟福的原子核模型1911年，物理学家欧内斯特·卢瑟福通过α粒子散射实验，提出了新的原子模型，即原子核模型实验表明，大部分α粒子穿过金箔，少数α粒子发生了较大偏转，甚至反弹回来，说明原子内部存在一个带正电、质量集中的核心，即原子核，而电子则围绕原子核运动卢瑟福模型解释了原子内部的结构，并为后续量子力学的发展奠定了基础然而，该模型无法解释原子光谱的规律波尔的原子轨道模型波尔的原子模型认为电子只能在特定的轨道上运动，这些轨道被称为电子轨道“”每个电子轨道都具有特定的能量，电子只能在这些能量之间跃迁，不能占据轨道之间的空间这个模型成功地解释了氢原子的光谱，但无法解释更复杂原子的光谱电子的基本性质

2.电子的电荷和质量1电子的电荷为负电荷，质量为千克

9.10938356×10-31电子的波粒二象性2电子具有波粒二象性，既表现出波的特性，又表现出粒子的特性量子力学的基本原理3量子力学是描述微观世界运动规律的理论体系，解释了电子运动的特性薛定谔方程及其应用薛定谔方程是量子力学中的一个基本方程，可以用来描述电子的运动4状态电子是构成原子的基本粒子之一，对原子结构和化学性质起着至关重要的作用电子的电荷和质量电子带负电，电荷量为库仑电子质量约为千克这是所有已知基本粒子中最小的质量之一-

1.602×10-

199.109×10-31电子的波粒二象性光波的粒子性电子的波动性

1.

2.12光具有波动性，表现为衍射和电子束也能够发生衍射，例如干涉现象同时，光也具有粒，电子束通过晶体时会发生衍子性，表现为光电效应和康普射，产生干涉条纹顿效应德布罗意假说物质波

3.

4.34德布罗意假说认为，一切物质物质波的概念是量子力学的重都具有波粒二象性，粒子具有要基础，它揭示了物质世界的波动性，波具有粒子性波粒二象性量子力学的基本原理量子化波粒二象性量子力学指出能量、动量等物理量只能以离散的、量子化的形式存物质具有波动性和粒子性，这取决于观察方式在不确定性原理叠加态无法同时准确测定一个粒子的位置和动量量子系统可以同时处于多种状态的叠加，直到被测量才坍缩为一个确定状态薛定谔方程及其应用薛定谔方程的意义1描述原子中电子的运动状态，解释化学键的形成和物质的性质方程的应用2•计算原子中电子能级•预测化学反应速率实际应用3•解释物质的光谱性质半导体、超导体、激光技术等领域原子轨道结构

3.量子数描述原子轨道性质的四个量子数主量子数、角动量量子数、磁量子数n lml和自旋量子数ms.轨道分类根据角动量量子数分为、、、等不同类型的轨道，它们的形状和能量各不l sp df相同轨道图原子轨道图直观地展示了不同轨道形状和能量之间的关系，有助于理解电子在原子中的分布量子数和轨道分类主量子数角量子数n l描述电子能级，数值越大，能级越高描述电子轨道的形状，取值范围为0到n-1磁量子数自旋量子数ml ms描述电子轨道在空间中的取向，取值范围为到描述电子的自旋方向，取值为或-l+1/2-1/2+l原子轨道的排布规律能量最低原理洪特规则

1.

2.12电子首先占据能量最低的原子轨道，例在同一能级的原子轨道中，电子尽可能如1s轨道是能量最低的，所以首先被电地单独占据每个轨道，且自旋方向相同子填充泡利不相容原理

3.3在一个原子中，不可能存在四个量子数完全相同的两个电子，即每个原子轨道最多只能容纳两个电子，并且自旋方向相反、和轨道的特点1s2s2p轨道轨道轨道1s2s2p1s轨道为球形，能量最低，电子密度最高原子2s轨道也为球形，但比1s轨道大，能量更高，电2p轨道为哑铃形，能量比2s轨道高，电子密度也中只有一个1s轨道，它可以容纳两个电子，最多子密度更低，且有两个球形节点，表示电子在该更低，且有一个节面2p轨道共有三个，分别为可容纳两个自旋方向相反的电子区域出现的概率为零2s轨道可以容纳两个电子2px、2py和2pz，它们沿x、y、z轴方向伸展每个2p轨道可以容纳两个电子泡利不相容原理基本原理应用泡利不相容原理指出，同一个原子中，不可能存在两个电子具有完该原理解释了原子的电子构型，影响着元素的化学性质和物质的性全相同的四个量子数质原子的电子构型

4.定义与表示电子构型指的是原子中各个电子在各个能级上的排布方式用符号表示原子核外电子的排布，如氢原子的电子构型为1s1，表示氢原子核外只有一个电子，它处于1s轨道上价电子价电子是指位于原子核外层电子层上的电子，它们参与化学反应，决定着元素的化学性质内层电子内层电子是指位于原子核外层电子层之内的电子，它们相对稳定，一般不参与化学反应电子构型与元素性质原子电子构型决定着元素的化学性质，如元素的周期性和元素的族性质例如，同周期元素的最外层电子数相同，具有相似的化学性质，如第一周期中的氢和氦原子电子构型的表示电子排布式轨道图电子排布式用数字和字母符号表轨道图用圆圈或方框表示原子轨示每个能级上的电子数，例如，道，用箭头表示电子自旋方向，1s22s22p6表示氦原子的电子排箭头向上表示自旋向上，箭头向布下表示自旋向下，例如，氢原子的轨道图是1s↑电子层结构示意图电子层结构示意图用圆圈表示原子核，用圆圈外的点表示电子，每个圆圈代表一个电子层，电子层数即主量子数，例如，锂原子的电子层结构示意图是层（个电子）层（个电子）K2L1价电子和内层电子价电子内层电子最外层电子，参与化学反应原子核内层电子，通常不参与化学反应电子构型与元素性质元素周期律化学反应性电子构型影响元素的化学性质，解释了元原子最外层的电子（价电子）决定了元素素周期律周期表中，同一族的元素具有的化学反应性价电子易于参与化学反应相同的价电子构型，导致它们拥有相似的，形成化学键，影响元素的氧化态和化学化学性质反应的类型电子云图的应用电子云图可以帮助我们更好地理解原子中电子的运动状态，并预测化学键的形成和物质性质通过电子云图，我们可以直观地看到电子在原子核周围的分布情况，以及它们在不同能级上的概率密度例如，我们可以利用电子云图来解释原子的化学性质，例如，为什么钠是活泼金属，而氯气是活泼非金属我们还可以通过电子云图来预测分子的形状和极性，以及反应的活性和方向结语及思考题回顾与总结拓展与思考应用与实践我们学习了原子结构的基本知识，从发原子结构是一个不断发展和完善的领域原子结构知识的应用十分广泛，从材料现到模型的演变，从电子的性质到原子，还有许多未解之谜，例如反物质、暗科学到医药研发，从能源开发到环境保轨道的排布这些知识为我们理解化学物质等我们应该保持好奇心，不断探护，都离不开对原子结构的深入理解反应和物质性质奠定了基础索和学习。