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1第八章原子结构与周期表(AtomicStructureandPeriodicPropertiesoftheElements)2/topic_2_3_5282.html34568.1理论的发展简史8.2核外电子的运动状态8.3多电子原子核外电子排布及元素周期表8.4元素基本性质及其周期性的变化规律78.1原子结构理论的发展简史一、古代希腊的原子理论二、道尔顿(J.Dolton)的原子理论:19世纪初三、卢瑟福(E.Rutherford)的行星式原子模型: 19世纪末四、近代原子结构理论:氢原子光谱88.2核外电子的运动状态氢原子光谱(原子发射光谱)真空管中含少量H2(g)，高压放电，发出可见光、紫外光和红外光→三棱镜→不连续的线状光谱9(莱曼线系)(巴尔末线系)Paschenseries(帕邢线系)1011与经典电磁学理论矛盾?!氢原子光谱线状经典电磁学理论电子绕核作圆周运动,不断地以电磁波的形式发射出能量(1)电子不断发射能量能量逐渐减少运动轨道半径逐渐缩小有核原子模型为不稳定体系(2)电子自身能量逐渐减少电子绕核频率逐渐改变辐射电磁波的频率逐渐变化连续光谱12氢原子的玻尔(Bohr)模型(1913年)普朗克(Planck)量子论+爱因思坦(Einstein)光子学说+卢瑟福(Rutherford)有核原子模型假设(三点)13(1)定态假设:电子只能在特殊的轨道上绕核运动。在这轨道上运动的电子既不吸收能量也不辐射能量(处于稳定态(定态))。电子轨道运动的角动量L必须是h/2的整数倍。L(角动量)=mvr=nh2n=1,2,3,4,…n:量子数(quantumnumber)h:普朗克(Planck)常数=6.6261034Jsm:电子质量v:电子运动速度r:轨道半径14(2)电子在离核越远的轨道上运动,其能量越大。在正常的情况下，原子中的各电子尽可能处在离核最近的轨道上。这时原子的能量最低，即原子处于基态(groundstate)。当原子从外界获得能量时，电子可以跃迁到离核较远的轨道上，即原子被激发到较高能量的轨道上，这时原子处于激发态(excitedstate)。15=E1E2h=E2E1h若E2E1(吸收辐射能)(3)当电子由能量为E1的定态跃迁到能量为E2的定态时，若E2E1，吸收辐射能，若E2E1，发出辐射能。其吸收或发出辐射的频率为：E2E1E=E2E1=h若E2E1(发出辐射能)E1E2E=E1E2=h16mv2rZe2r2=离心力=向心力m2v2r2mr=Ze2推导氢原子各个定态的轨道半径和能量:m:电子质量v:电子运动速度r:轨道半径Z:核电荷数e:电子电量(=1.6021019Coulomb)(1)17(mvr)21819n=1,E=13.6eVn=2,E=3.4eVn=3,E=1.51eVE=E2E1Rn22Rn121n121n22R=13.6eV==R()E=h=hc/=hc=6.6261034(Js)3108(m/s)1.097107(m1)=2.1811018(J)=13.6eV[1eV=1.6021019J]20n=113.6eVn=n=2eVn=3n=4n=513.64eV13.69eV13.616eV13.6250Lymanseries(UV)Balmerseries(visible)Paschenseries(IR)2122波尔理论的局限性(1)氢原子光谱的精细结构(2)多电子原子的光谱不能解释:只限于解释氢原子或类氢离子(单电子体系)的光谱。23微观粒子的波粒二象性(Wave-ParticleDuality):LouisdeBroglie(德布罗意)=h/P=h/mv测不准原理(TheUncertaintyPrinciple)WernerHeisenberg(海森堡)xPh/4微观粒子的运动特征(教材p151)24薛丁锷方程(Schrödingerequation)H=EH=theHamiltonianoperator(能量算符;哈密顿算符)目的：解及EH=h282m(++)x22y22z22Ze240x2+y2+z2动能势能=thewavefunctionE=energyoftheelectron25TheParticleinaBox(一维箱中的粒子)0aXV=0V=V=26h282mx22(x)()=E(x)=Asinrx+Bcossxr=s=2mE2hB=0=Asinrxx=a,=0sinra=0ra=nr=na取r==na2mE2hE=8ma