[中国农业大学CAU考研 无机化学]第八章 原子结构.pptx

第八章 原子结构; “如果有一天人类遭遇灭顶之灾，我们的全部知识也将随之被毁灭。假如我们还有时间给后人留一句话，那么这句话应当是：‘所有物质由原子组成。原子是一种永远运动的、远距离相互吸引、近距离相互排斥的微小粒子’。”;德谟克利特 Democritus，公元前440年, BC460-370，古希腊哲学家;●元素是由非常微小的、看不见的、不可再分割的原子组成；原子既不能创造，不能毁灭，也不能转变，所以在一切化学反应中都保持自己原有的性 质； ●同一种元素的原子其形状、质量及各种性质都相同，不同元素的原子的形状、质量及各种性质则不相同，原子的质量(而不是形状)是元素最基本的特征； ●不同元素的原子以简单的数目比例相结合，形成化合物。化合物的原子称为复杂原子，它的质量等于其组合原子质量的和。;19世纪末的物理学三大发现;电子的发现及电子荷质比的测量; 1897年，J. J. Thomson (1856－1940) 利用电场及磁场对带电质点运动的影响测定了阴极射线的荷质比(e/m)，并得出该射线是带负电荷并存在于所有原子之中的基本粒子，即为后来人们所知的电子。;汤姆生 Sir Joseph John Thomson 1856-1940 英国物理学家 获1906年Nobel物理奖;密里根 Robert Andrews Millikan 1869-1953 美国物理学家 获1923年Nobel物理奖;E = 1.602177×10-19 C；me = 9.109390×10-28 g;Rutherford的α粒子散射实验及其核型 原子模型(1911);卢瑟福 Sir Ernest Rutherford 1871-1937 新西兰裔英国化学家 获1908年Nobel化学奖;?? 根据经典电磁理论，在原子核外作加速运动的电子会不断辐射出能量，最终将完全丧失能量坠入原子核中去。于是，原子将崩溃且不复存在。 ?? 但是原子是稳定的…;二、氢原子光谱和Bohr模型;原子光谱的测量方法;氢原子光谱;黑体辐射与Planck量子论(1900); 1900年，Planck为解释黑体辐射现象，提出了微观世界的一个极重要特征————能量量子化的概念：能量象物质微粒一样是不连续的。能量包含着大量微小分立的能量单位，称为量子(quanta)。不管物质吸收或发射能量，总是吸收或发射相当于量子整数倍的能量。每一个量子的能量与相应电磁波的频率成正比: E = nhν 比例常数h称为Planck常数， h = 6.626×10?34 J·s; n为正整数(n = 1, 2, 3, …)。;●在一定频率ν0以下，入射光不能激发电子 ●达到激发频率阈值ν0时，出射电子的动能与入射光频率相关 ●出射电子个数只与入射光强度相关;Einstein光子说; Bohr(物理学家，丹麦)在 Rutherford 核原子模型础上，根据当时刚刚萌芽的 Planck 量子论和 Einstein 光子学说，提出了自己的原子结构理论，从理论上解释了氢原子光谱的规律。;假设1：量子化和定态假设 原子中的电子不能沿着任意轨道绕核旋转，只能在有确定半径和能量的特定轨道上旋转，电子在这些轨道上旋转时并不释放能量，是处于一种稳定状态。 每一个稳定的轨道的角动量(L)是量子化的，它等于 h/2π 的整数倍。 ;m：电子质量；ν：电子速度；r：轨道半径；n：量子数(正整数)，h：Planck常数，h = 6.626 ? 10–34 J.s。;在一定轨道上运动的电子其能量也是量子化的;基态(ground state)：能量最低(n = 1)的定态， 激发态(excited state)：其它能量较高的定态(n 1)。 原子在正常或稳定状态时，电子尽可能处于能量最低的状态—基态。 电子离核无穷远时，就完全脱离原子核的引力，其能量增大到0。 ;对于H原子，电子处于基态时，能量为：;假设2：跃迁假设 正常情况下，原子中的电子尽可能处于能量最低的轨道，当电子吸收能量时，将跃迁到能量较高的定态(轨道)，放出能量时，则跃迁到能量较低的另一个定态(轨道)。 电子在不同轨道之间跃迁时，吸收和释放能量的多少决定于跃迁前后的两个轨道能量之差，即：;应用Bohr原子模型，可以定量解释氢原子光谱的不连续性。 当氢原子从外界获得能量，电子将由基态跃迁到激发态。 原子中两个能级间的能量差一定的，当处于激发态的不稳定的电子自发地回到较低能级时，就放出有确定频率的光能。 这种能级的不连续性，使每一个跃迁过程产生一条分立的谱线。;Bohr模型的局限性;