普通化学 2001-2004
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4 原子结构和周期系
4.1 微观粒子的运动特征
量子化和原子的玻尔模型
玻尔理论的三点基本假设：
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4 原子结构和周期系
4 原子结构和周期系
4.1 微观粒子的运动特征
4.1.1 量子化和原子的 波尔模型
4.3.2 近似能级图
4.3.3 基态原子核外电 子的排布
4.1.2 微观粒子的波粒 4.4 原子的电子层结构和
二象性
元素周期系
4.2 核外电子的运动状态 4.2.1 波函数及量子数 4.2.2 原子轨道和电子 云的图像
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4.1 微观粒子的运动特征
量子化和原子的玻尔模型
十九世纪末，电子、放射性和X射线等发现后，认识 到原子具有较复杂的内部结构。1911年Rutherford E 建立了有核原子模型——原子核与核外电子组成。
化学变化，原子核不发生改变，只涉及到核外电子运 动状态的改变。物质结构与其化学性质紧密相关。因 此，原子结构是基础, 尤其是原子核外电子的运动状 态是关键。
爱因斯坦光子说 E=hv。光量子概念
卢瑟福原子模型的基础上提出的。
原子中的电子只能沿着某些 特定的、以原子核为中心的圆
形轨道运动，其能量状态不随
时间改变，称为定态。能量最
低的定态叫基态，能量较高时
叫激发态。
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Байду номын сангаас
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4.1 微观粒子的运动特征
4.3 多电子原子结构 4.3.1 屏蔽效应和钻穿 效应
4.4.1 周期表的结构
4.4.2 影响元素性质的 结构因素
4.4.3 元素性质的周期 性变化
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引言
4.1 微观粒子的运动特征
构成物质的元素到目前为止共有118种(其中109种有正 式名称，6种有代号，另有3种仍无)，而世界上的物质 则有几千万之多。所以，正是由于物质结构不同而引起 物质所具有的性质的不同。因此，物质的结构理论是化 学的基本理论。
4 原子结构和周期系
第四章 原子结构和周期系
本章从微观角度讨论化学变化的本质。 了解原子核外电子运动的基本特征，s、p、d轨
道波函数及电子云的空间分布情况。 掌握原子核外电子分布的一般规律及其与元素
周期表的关系(元素性质的周期性变化规律)。 了解元素按s、p、d、ds、f分区的依据及各区元
素的共性。
656.28nm
486.13nm 434.05nm
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4.1 微观粒子的运动特征
量子化和原子的玻尔模型
可见光区的五条谱线是由Barlmer 在1883年首先发现， 称为巴尔麦系，谱线频率符合： ( v：波数 )


R
H

1 22

1 n2
；ＲＨ＝1.0973107 m1
RH：里德堡常数(实验值)
深入研究后，发现在紫外、红外等区域内都存在谱线，
且符合下式(里德堡公式)：其中n为正整数，且n1 < n2 。


R

1 n12

1
n
2 2
；或
1



R
H

1 n12

1
n
2 2

R=3.289×1015s-1 。n1=1紫外(拉曼系);n1=2可见(巴尔麦系); n1=3近红外(派兴系); n1=4中红外(布拉开特系); n1=5远红 外(芬特系)
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4.1 微观粒子的运动特征
量子化和原子的玻尔模型
量子化(原子光谱波长或频率的改变是跳跃式的非连续
变化)微观世界的某些物理量不能连续变化，而只能以 某一最小单位的整数倍发生变化的现象
玻尔氢原子模型 (1913年提出)
在普朗克量子论 0= hv; =n0=nhv。能量子概念
量子化和原子的玻尔模型
电子在不同的轨道运动时，电子的能量就不同， 且能量是不连续的(即量子化的)，这些不连续的 能量值称为能级
在正常状态下，电子总是尽可能处于能量最低的 轨道(基态)上。
电子受激发获得能量就会到较高的轨道(激发态) 上，称为跃迁。
激发态是极不稳定的，较高能级的电子随时都可 能回到低能级轨道上，并释放出多余的能量（ΔE =E高-E低），而发射的光的频率就决定于这个能 量（hv =ΔE ）。h = 6.626×10-34J·s
原子的核外电子的排布规律与运动状态的研究及现代 原子结构理论的建立，是从对微观粒子的波粒二象性 的认识开始的。
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4.1 微观粒子的运动特征
量子化和原子的玻尔模型
连续光谱和原子光谱(线状光谱)
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4 原子结构和周期系
氢原子光谱是最简单的一种原子光谱。在可见光区 存在五条明显的谱线。近代的原子结构就是在研究 清原子光谱实验的基础上开始建立起来的。
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4.1 微观粒子的运动特征
量子化和原子的玻尔模型
氢原子光谱
可见光区(巴尔麦系)
410.17;396.93nm
要研究化学运动的规律并运用这些规律认识和研究化学 世界的千变万化的现象，不仅要种宏观角度去认识物质 的变化规律，而且，还要研究原子与原子运动密切相关 的原子结构，从微观角度寻找化学变化的本质。
从化学角度看，原子是构成物质世界的基石。不同组合 得差异的物质；重新组合使其转变(化学变化)。其实质 是核外电子运动状态发生了改变。因此，原子结构主要 研究原子核外电子运动特性和规律。
4.1 微观粒子的运动特征
量子化和原子的玻尔模型
太阳或白炽灯发出的白光通过棱镜折射分光后，可 得到可见光区420~700nm所有波长的连续光谱，证 明白光为一混合光。
气体原子(或离子)受到激发产生的光线经棱镜折射 后，为一系列按一定波长规律排列的独立谱线(属不 连续光谱) ——原子光谱(线状光谱)。任何原子激发 后，都可给出原子光谱。不同的原子具有各自不同 的特征光谱。