【正文】 第 1 章 原子結(jié)構(gòu)和 元素周期表 Ch apter 1At omic Stru ctu re and the Perio dic Ta ble o f Elemen ts上頁(yè) 下頁(yè) 目錄 返回 1．初步了解原子核外電子運(yùn)動(dòng)的近代概念、原子能級(jí)、 波粒二象性、原子軌道和電子云概念。 2．了解四個(gè)量子數(shù)對(duì)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述，掌握 四個(gè)量子數(shù)的物理意義、取值范圍。 3．熟悉 s、 p、 d 原子軌道的形狀和方向。 4．理解原子結(jié)構(gòu)近似能級(jí)圖，掌握原子核外電子排布 的一般規(guī)則和 s、 p、 d、 f 區(qū)元素的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 5．會(huì)從原子的電子層結(jié)構(gòu)了解元素性質(zhì)，熟悉原子半 徑、電離能、電子親和能和電負(fù)性的周期性變化。 本章教學(xué)要求 上頁(yè) 下頁(yè) 目錄 返回 亞原子粒子 Subatomic particles 波粒二象性 — 賴(lài)以建立現(xiàn)代模型的量子力學(xué) 概念 Waveparticle duality — a fundamental concept of quantum mechanics 氫原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)模型 — 波爾模型 The quantum mechanical model of the structure of hydrogen atom — Bohr’s model 原子結(jié)構(gòu)的波動(dòng)力學(xué)模型 The wave mechanical model of the atomic structure 多電子原子軌道的能級(jí) Energy level in polyelectronic atoms 基態(tài)原子的核外電子排布 Groundstate electron configuration 元素周期表 The periodic table of elements 原子參數(shù) Atomic parameters 上頁(yè) 下頁(yè) 目錄 返回 亞原子粒子 Subatomic particles 化學(xué)研究的對(duì)象 The object of chemical study 夸克 Quark 亞原子粒子（基本粒子） Subatomic particles ( elementary particles) 上頁(yè) 下頁(yè) 目錄 返回 夸克 質(zhì)子 中子 原子核 電子 原子 (離子 ) 分子 微觀 （宇觀） 宇宙 單 質(zhì) 化合物 星體 宏觀 納 米 材 料 （介觀） 化學(xué)研究的對(duì)象 哪些是關(guān)鍵性的問(wèn)題呢？ 化學(xué)反應(yīng)的性能問(wèn)題 ?；瘜W(xué)催化的問(wèn)題 。生命過(guò)程中的化學(xué)問(wèn)題。 當(dāng)今化學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)大致是： 由宏觀到微觀，由定性到定量，由穩(wěn)定態(tài)向亞穩(wěn)態(tài)，由經(jīng)驗(yàn)上升到理論并用理論指導(dǎo)實(shí)踐，開(kāi)創(chuàng)新的研究。 上頁(yè) 下頁(yè) 目錄 返回 亞原子粒子 人們將組成原子的微粒叫 亞原子粒子 。 亞原子粒子曾經(jīng)也叫 基本粒子 , 近些年越來(lái)越多的文獻(xiàn)就將其叫 粒子 。 迄今科學(xué)上發(fā)現(xiàn)的粒子已達(dá)數(shù)百種之多 。 與化學(xué)相關(guān)的某些亞原子粒子的性質(zhì) 名稱(chēng) 符號(hào) 質(zhì)量 /u 電荷 /e 電子 質(zhì)子 中子 正電子 α 粒子 β 粒子 γ 光子 e– p n e+ α β γ 10–4 (氦原子的核 ) (原子核射出的 e) (原子核射出的電磁波 ) – 1 ＋ 1 0 10–4 ＋ 1 ＋ 2 – 1 0 上頁(yè) 下頁(yè) 目錄 返回 夸克 名稱(chēng) 下夸克 上夸克 奇夸克 粲夸克 底夸克 頂夸克 符號(hào) d u s c b t 電荷 1/3 +2/3 1/3 +2/3 1/3 +2/3 質(zhì)量 均為質(zhì)子的 1/100或 1/200 質(zhì)子的 200倍 發(fā)現(xiàn)年代 1974 1977 1995 某些最重要的夸克 根據(jù) 1961 年由蓋爾 曼 （ Gell MMann） 建立的新模型 ， 質(zhì)子和中子都是由更小的粒子夸克組成的 ， 但現(xiàn)有的理論還不能預(yù)言 (當(dāng)然更不用說(shuō)從實(shí)驗(yàn)上證明 )電子是可分的 。 上頁(yè) 下頁(yè) 目錄 返回 波粒二象性 — 賴(lài)以建立現(xiàn)代 模型的量子力 學(xué)概念 Wave particle duality — a fundamen tal concept of quantum mechanics 微粒的波動(dòng)性 Wave — like particle 波的微粒性 Particle — like wave 經(jīng)典物理學(xué)概念面臨的窘境 An embarrassment of the concepts of the classical physics 上頁(yè) 下頁(yè) 目錄 返回 經(jīng)典物理學(xué)概念面臨的窘境 Rutherford “太陽(yáng) 行星模型 ”的要點(diǎn)： 1. 所有原子都有一個(gè)核即原子核 (nucleus)； 2. 核的體積只占整個(gè)原子體積極小的一部分； 3. 原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在核上； 4. 電子像行星繞著太陽(yáng)那樣繞核運(yùn)動(dòng) 。 上頁(yè) 下頁(yè) 目錄 返回 在對(duì)粒子散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋上 , 新模型的成功是顯而易見(jiàn)的 , 至少要點(diǎn)中的前三點(diǎn)是如此 。 根據(jù)當(dāng)時(shí)的物理學(xué)概念 , 帶電微粒在力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)總要產(chǎn)生電磁輻射并逐漸失去能量 , 運(yùn)動(dòng)著的電子軌道會(huì)越來(lái)越小 , 最終將與原子核相撞并導(dǎo)致原子毀滅 。 由于原子毀滅的事實(shí)從未發(fā)生 , 將經(jīng)典物理學(xué)概念推到前所未有的尷尬境地 。 經(jīng)典物理學(xué)概念 面臨的窘境 ？ 會(huì) 不 會(huì)？！ 什么是上頁(yè) 下頁(yè) 目錄 返回 波的微粒性 ● 電磁波是通過(guò)空間傳播的能量 。 可見(jiàn)光只不過(guò)是電 磁波的一種 。 電磁波在有些情況下表現(xiàn)出連續(xù)波的性質(zhì)，另一些情況下則更像單個(gè)微粒的集合體，后一種性質(zhì)叫作波的微粒性。 上頁(yè) 下頁(yè) 目錄 返回 1900年 , 普朗克 (Plank M) 提出著名的普朗克方程： E = hv 式中的 h 叫普朗克常量 ( Planck constant), 其值為 1034 Js。 普朗克認(rèn)為 , 物體只能按 hv的整數(shù)倍 (例如 1hv, 2hv, 3hv等 )一份一份地吸收或釋出光能 , 而不可能是 hv, hv, hv等任何非整數(shù)倍 。 即所謂的能量 量子化概念。 普朗克提出了當(dāng)時(shí)物理學(xué)界一種 全新 的概念 , 但它只涉及光作用于物體時(shí)能量的傳遞過(guò)程 (即吸收或釋出 )。 ● Plank 公式 上頁(yè) 下頁(yè) 目錄 返回 愛(ài)因斯坦認(rèn)為 , 入射光本身的能量也按普朗克方程量子化 , 并將這一份份數(shù)值為 1 hv 的能量叫光子(photons), 一束光線就是一束光子流 . 頻率一定的光子其能量都相同 , 光的強(qiáng)弱只表明光子的多少 , 而與每個(gè)光子的能量無(wú)關(guān) 。 愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的成功解釋最終使光的微粒性為人們所接受 。 ● 光電效應(yīng) 1905年 , 愛(ài)因斯坦 (Einstein A)成功地將能量量子化概念擴(kuò)展到光本身 ,解釋了 光電效應(yīng) (photoelectric effect) 。 上頁(yè) 下頁(yè) 目錄 返回 鉀的臨界頻率 為 1014 s1, 試計(jì)算具 有這種頻率的一個(gè)光子的能量 。 對(duì)紅光和黃光進(jìn)行類(lèi)似的計(jì)算 , 解釋金屬鉀在黃光作用下產(chǎn)生光電效應(yīng)而在紅光作用下卻不能 。 E(具有臨界頻率的一個(gè)光子 ) = 1034 Js 1014 s1 = 1019 J E(黃光一個(gè)光子 ) = hν= 1034 Js 1014 s1 = 1019 J E(紅光一個(gè)光子 ) = hν= 1034 Js 1014 s1 = 1019 J Question 1 Solution 上頁(yè) 下頁(yè) 目錄 返回 另一面誰(shuí)來(lái)翻開(kāi)？ 波的微粒性 導(dǎo)致了人們對(duì)波的深層次認(rèn)識(shí) ， 產(chǎn)生了討論波的微粒性概念為基礎(chǔ)的學(xué)科 ? 量子力學(xué)(quantum mechanics） 。 錢(qián)幣的一面已被翻開(kāi)！ Einstein 的光子學(xué)說(shuō) 電子微粒性的實(shí)驗(yàn) Plank 的量子論 上頁(yè) 下頁(yè) 目錄 返回 微粒的波動(dòng)性 德布羅依 1924 年說(shuō)： ● 德布羅依關(guān)系式 — 一個(gè)偉大思想的誕生 sJ106 2 //34 ?????