无机化学_原子结构与元素周期律

这是一篇关于原子结构与元素周期律的思维导图，主要内容包括：发展史，目的，元素的基本性质及周期性的变化规律，原子核外电子排布及元素周期系，核外电子的运动状态。

原子结构与元素周期律

• 核外电子的运动状态
  • 氢原子光谱和Bohr理论
    • 氢原子光谱
      • 连续光谱
        • (continuous spectrum)
      • 线状光谱
        • （原子光谱 )(line spectrum)
      • 氢原子可见光谱
        • 巴尔麦( J. Balmer)经验公式(1885)
          • • v: 谱线波长的倒数, 波数(cm-1).
            • n:大于2的正整数.
            • RH：常数, 1.09677576107m-1
        • 里得堡(Rydberg) ------瑞典 1913
          • • 对于可见光区的氢原子光谱， n1 ＝2
    • 玻尔(Bohr)氢原子理论的三个假设
      • 1、电子运动轨道的角动量 p 必须等于h/(2)的整数倍。即Bohr量子化条件： p = mr = n·(h/ 2Π)
        • m：为电子的质量（9.11 X 10-31kg）
        • v：为电子的运动速度（1.0 X 106m s-1）
        • h：为Planck常数（6.626 X 10-34J s）
      • 2、原子中的电子通常处于基态，当从外界获取能量时电子处于激发态
        • E = E 动+ E 位
        • 基 态：轨道中能量最低的状态
        • 激发态：其余状态
      • 3、电子返回较低能级时以光子形式释放能量
      • 局限
        • 1. 多电子原子光谱
        • 2. 氢原子的精细光谱
  • 微观粒子的运动规律
    • 1. 光的波粒二象性
      • 对于光
        • P = mc = hv / c = h / λ
      • 对于微观粒子
    • 2. 微粒的波粒二象性(Louis de Broglie,1924)
      • 1927年，电子衍射实验证实了微观粒子的波动性
    • 3. 测不准原理(Werner Heisenberg, 1927)
      • 微观粒子，不能同时准确测量其位置和动量
      • 测不准关系式
      • Δx－粒子的位置不确定量 Δv－粒子的运动速度不确定量
      • 实验依据：由电子衍射实验推证
  • 薛定谔方程与四个量子数
    • 1. 薛定谔方程(1926)
      • Erwin Schrodinger
      • • ψ－量子力学中描述核外电子在空间运动的数学函数式，即原子轨道
        • E－轨道能量（动能与势能总和 ）
        • m—微粒质量，
        • h—普朗克常数
        • x, y, z 为微粒的空间坐标
        • (x,y,z) 波函数，其物理意义是由体现
      • 其解给出了容许的能量水平以及对应的波函数。
    • 2. 四个量子数
      • (1) 主量子数n，n = 1, 2, 3…正整数，它决定电子离核的远近和能级。相应的能量依次增加。
      • (2) 角量子数l，l = 0, 1, 2, 3…n-1，以s，p，d， f 对应的能级表示亚层，它决定了原子轨道或电子云的形状，相应的能量依次增加。
      • (3) 磁量子数m，原子轨道在空间的不同取向，m = 0, 1, 2, 3... l,一种取向相当于一个轨道，共可取2l + 1个数值。m值反应了波函数 (原 子轨道)或电子云在空间的伸展方向
      • (4)自旋量子数ms，ms =±1/2, 表示同一轨道中电子的二种自旋状态
    • 3.四个量子数描述核外电子运动的可能状态
      • 每一电子层中可容纳的电子总数为2n².
    • 核外电子运动状态(量子力学的方法)
      • (1) 电子在原子中运动服从薛定谔方程。 Ψ(n,l,m)(x,y,z)是薛定谔方程的合理解，表示原子核外轨道的一种运动状态
      • (2) 每一波函数Ψ(n,l,m)(x,y,z) 都有确定的能量E(n,l)。
      • (3) n，l，m规定了核外轨道的运动状态。
      • (4) 粒子的运动不存在经典的轨道，而只呈现几率分布。
      • (5)粒子分布呈波动性，Ψ可以为正值、负值或零。 Ψ=0称为节点，在多电子原子中，n相同而l不同的轨道中，节点多的状态能量也较高。
      • （6） 代表了核外电子的概率密度，形象化描述为电子云； 表示在微体积元dV内电子出现的概率。
      • （7）在同一原子中，不存在四个量子数完全相同的电子。
  • 原子轨道的图形
    • 1、直角坐标与球坐标之间的关系
      • Ψ(n,l,m)(x,y,z) →Ψ(n,l,m） (r，θ，φ)
        • x=rsinθcosφ
        • y=rsinθsinφ
        • z=rcosθ
• 原子核外电子排布及元素周期系
• 元素的基本性质及周期性的变化规律
• 目的
  • 联系原子核外电子运动的特征（量子化、波粒二象性、统计性），了解波函数和电子云的基本概念。
  • 掌握四个量子数的物理意义和各种波函数图形及其物理意义；
  • 掌握屏蔽效应和钻穿效应对核外电子排布的影响；
  • 掌握周期系元素的原子核外电子分布的规律；
  • 掌握原子半径、电离能、电子亲和能、元素电负性的周期性变化规律。
  • 初步掌握从微观角度认识化合物宏观性质 的 周期性变化规律
• 发展史
  • 19世纪，物理学家 Crookes 等人在研究稀薄气体放电现象时发现了电子。
  • 1909 年，Millikan 通过油滴实验测得电子的电荷为1.6×10-19 C。根据电子的质荷比，求得电子的质量为9.11×10－31 kg。
  • 1911年，Rutherford用一束高速运动的α粒子（He 2＋）流轰击一块10－6 ～10 －7 m 厚的金箔。发现绝大多数的α粒子几乎不受阻拦地直线通过，约万分之一的α粒子的运动方向发生偏转，极个别的α粒子甚至被反弹回来。提出了行星式原子轨道模型。
• 其它原子也有各自特征的发射光谱！
• Planck量子论的观点: 量子化