第 3章 原子结构与元素周期系.pdf

第 3 章 原子结构与元素周期系 [ 教学要求 ] 1 ．掌握近代理论在解决核外电子运动状态问题上的重要结论：电子云概念，四个量子数的 意义， s 、 p 、 d 原子轨道和电子云分布的图象。 2 ．了解屏蔽效应和钻穿效应对多电子原子能级的影响，熟练掌握核外电子的排布。 3 ．从原子结构与元素周期系的关系，了解元素某些性质的周期性。 [ 教学重点 ] 1 ．量子力学对核外电子运动状态的描述。 2 ．基态原子电子组态的构造原理。 3 ．元素的位置、结构、性质之间的关系。 [ 教学难点 ] 1 ．核外电子的运动状态。 2 ．元素原子的价电子构型。 [ 教学时数 ] 8 学时 [ 教学内容 ] 1 ．核外电子运动的特殊性：核外电子运动的量子化特征（氢原子光谱和玻尔理论）。核外 电子运动的波粒二象性（德布罗衣的预言，电子的衍射试验，测不准关系）。 2 ．核外电子运动状态的描述：波函数、电子云及其图象表示（径向与角度分布图）。波函 数、原子轨道和电子云的区别与联系。四个量子数（主量子数 n ，角量子数 l ，磁量子数 m ，自旋量子数 ms ）。 3 ．核外电子排布和元素周期表；多电子原子的能级（屏蔽效应，钻穿效应，近似能级图， 原子能级与原子序数关系图）。核外电子排布原理和电子排布（能量最低原理，保里原理， 洪特规则）。原子结构与元素周期性的关系（元素性质呈周期性的原因，电子层结构和周期 的划分，电子层结构和族的划分，电子层结构和元素的分区）。 4 ．元素某些性质的周期性，原子半径，电离势，电子亲和势，电负性。 3-1 道尔顿原子论 古代自然哲学家对物质之源的臆测：本原论（元素论）和微粒论（原子论） 古希腊哲学家德谟克利特（ Democritus, 约 460—370 B C ）：宇宙由虚空和原子构成，每 一种物质由一种原子构成。 波意耳：第一次给出了化学元素的操作性定义 化学元素是用物理方法不能再分解的 最基本的物质组分，化学相互作用是通过最小微粒进行的，一切元素都是由这样的最小微粒 组成的。 1732 年，尤拉（ Leonhard Euler, 1707—1783 ）：自然界存在多少种原子，就存在多少 种元素。 1785 年，法国化学家拉瓦锡（ Antoine L. Lavoisier 1743—1794 ）：提出了质量守衡定 律：化学反应发生了物质组成的变化，但反应前后物质的总质量不变。 1797 年，里希特（ J. B. Richter 1762—1807 ）：发现了当量定律。 1799 年，法国化学家普鲁斯特（ Joseph L. Proust 1754—1826 ）：发现定比定律：来源 不同的同一种物质中元素的组成是不变的。 1805 年，英国科学家道尔顿（ John Dalton 1766—1844 ）：把元素和原子两个概念真 正联系在一起，创立了化学原子论：每一种化学元素有一种原子；同种原子质量相同，不同 种原子质量不同；原子不可再分；一种不会转变为另一种原子；化学反应只是改变了原子的 结合方式，使反应前的物质变成反应后的物质。 倍比定律：若两种元素化合得到不止一种化合物，这些化合物中的元素的质量比存在整 数倍的比例关系。 瑞典化学家贝采里乌斯（ J. J. Berzelius 1779—1848 ）：确定了当时已知元素的原子量， 发明了元素符号。 3-2 相对原子质量（原子量） 3-2-1 元素、原子序数和元素符号 化学中元素的概念经过两次重大发展，从古代元素概念到近代化学的元素概念。再到现 1 代化学的包括同位素的元素概念，这些进展对化学这门重要基础科学确有革命性意义。 古代元素的本来意义是物质的基元单位，是世界万物的组成部分，如我国的五行学说； 古希腊的四元素说，但这些仅仅是一种天才的猜测。正如恩格斯指出的那样“古代人的天才 的自然哲学的直觉 ”。不是近代的科学概念仅是人类深入物质层次的认识水平的暂时性界 限。如四元素说认为物质本原是几种抽象的性质，由这些原始性质组合成元素，再由元素产 生万物，这种把本来不存在的脱离