无机化学第一章原子结构71页PPT

想出原子是物质最小的，不可再分的，永存 不变的微粒。 • 17至18世纪，波意耳第一次给出了化学元素 的定义—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，一切元素都是由这样的最小微粒组成。
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• 1732年: 尤拉 (Euler) 提出自然界存在多少种原子，就有多少种元素
• 定义 一种元素的1摩尔质量对核素12C的1摩尔质量
的1/12的比值(国际原子量与同位素丰度委员会1979
年)
• 特征 相对原子质量是纯数
单核素的相对原子质量等于该元素核素的相对原
子质量
多核素元素的相对原子质量等于该元素的天然同
位素相对原子质量的加权平均值
• 计算
Ar= ∑fi Mr,i fi ： 同位素分度
不能正确给出许多元素的原子量。如设氢的原子量为1，作 为相对原子质量的标准，已知水中氢和氧的质量比是1:8，若水 分子是由1个氢原子和1个氧原子构成的，氧的原子量是8，若 水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成的，氧的原子量便是16。 道尔顿武断地认为，可以从“思维经济原则”出发，认定水分子 由1个氢原子和1个氧原子构成，因而就定错了氧的原子量。
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1-2-2 核素、同位素和同位素丰度
（1）核素(nuclide)---具有一定质子数和一定中子数的 原子称为一种核素
• 分类
稳定核素 --- 单核素元素和多核素元素
放射性核素 • 核素符号
Байду номын сангаас
162C 质量数
质子数
（2）同位素(isotope)---具有相同核电荷数，不同中子 数的核素互称同位素，这些核素在周期表中占同位置
化学和材料工作者着眼于化学变化，而化学变化则以 原子相互作用为基础的。通常在化学变化中，原子核不发 生变化。那么什么在变呢？电子的运动状态在变，通俗地 说，是核外电子在“跳来跳去”，所以研究核外电子的运动 的规律是研究者探索的重要问题。

元素周期表是元素周期律用表 格表达的具体形式，它反映元 素原子的内部结构和它们之间 相互联系的规律。
元素性质递变规律
原子半径
同一周期（稀有气体除外），从 左到右，随着原子序数的递增， 元素原子的半径递减；同一族中， 由上而下，随着原子序数的递增， 元素原子半径递增。
主要化合价
同一周期中，从左到右，随着原 子序数的递增，元素的最高正化 合价递增（从+1价到+7价），第 一周期除外，第二周期的Ｏ、Ｆ 元素除外；最低负化合价递增 （从-4价到-1价）第一周期除外， 由于金属元素一般无负化合价， 故从ⅣＡ族开始。元素最高价的 绝对值与最低价的绝对值的和为8。
THANKS
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酸碱指示剂
用于指示酸碱反应终点的 试剂，如酚酞、甲基橙等。
沉淀溶解平衡原理及应用
沉淀溶解平衡
应用
在一定条件下，难溶电解质在溶液中 的溶解与沉淀达到动态平衡。
通过控制溶液中的离子浓度，可实现 难溶电解质的分离、提纯和制备。
溶度积常数（Ksp）
表示难溶电解质在溶液中达到沉淀溶 解平衡时，各离子浓度幂的乘积，是 衡量难溶电解质溶解度的重要参数。
元素的金属性和非金 属性
同一周期中，从左到右，随着原 子序数的递增，元素的金属性递 减，非金属性递增；同一族中， 由上而下，随着原子序数的递增， 元素的金属性递增，非金属性递 减。
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化学键与分子结构
离子键形成及特点
离子键的形成
通过原子间电子转移形成正、负离子，由静电作用相互吸引。
离子键的特点
较高的熔点和沸点，良好的导电性和导热性，在水溶液中易离 解。
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波尔模型
电子只能在一些特定的轨道上运动，电子在这些轨道上运动时离核的远

n的物理意义:
(1)主量子数描述电子出现概率最大的区域离核的远近； n越大，表示电子出现概率最大的区域离核越远。 (2) n是决定轨道能量高低的主要因素。n越小，轨道能 量越低；n越大，轨道能量越高。 单电子原子体系，能量完全由n值决定；对于多电子原子 体系，能量不仅与n有关，还与原子轨道的形状有关。 (3) 对于同一n，有时会有几个原子轨道，在这些轨道上 运动的电子在近于相同的空间范围运动，可认为属同一 电子层，可用光谱学符号K，L，M，N …… 。
(一) 微观粒子的波粒二象性 （1924年，Louis de Broglie）
h h ＝ ＝ p mv
(de Broglie关系式)
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1927年，Davissson和Germer应用Ni晶体 进行电子衍射实验，证实电子具有波动性。
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（二） 不确定原理(Werner Heisenberg, 1927) 微观粒子，不能同时准确测量其位臵和 动量。不确定原理关系式：
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原子结构的发展简史
1803年 英国人 道尔顿(J．Dalton) 提出了他的原子论。 1811年 意大利人 阿伏伽德罗(Avogadro,Amedeo)提出分子论. 1865年 英国人 麦克斯韦(J.C.Maxwell)指出光是电磁波. 1869年 俄国人 门捷列夫提出了化学元素周期律。 1878年 英国人 克鲁克斯(W.Crookes)首先发现了阴极射线. 1885年 瑞士人 巴尔末(Balmer)在可见光区发现线性光谱. 1891年 德国人 阿.维尔纳的配位学说, 配合物结构理论. 1897年 英国人 约瑟夫· 约翰· 汤姆生(J· Thomson)发现电子. J· 1900年 德国人 普朗克 (M.Planck) 提出量子论。 1905年瑞士人爱因斯坦 (Einstein) 用光子论解释光电效应.

总结词
根据不同的分类标准，分析化学可以分为多种类型。按分析对象可以分为无机分析和有机分析，这是根据被测物质中是否含有碳元素来划分的。按分析方式可以分为化学分析和仪器分析，前者依赖于化学反应进行定量或定性分析，后者则利用各种精密仪器对物质进行测量。另外，根据待测组分的含量，分析化学可分为常量分析、微量分析和痕量分析。
分子结构
分子由原子通过化学键连接而成，分子的几何构型和成键方式决定了分子的性质。常见的分子结构有共价键、离子键和金属键。
晶体结构
晶体是由原子或分子在空间周期性排列形成的固体，晶体的性质与原子或分子的排列方式密切相关。晶体分为金属晶体、离子晶体、共价晶体和分子晶体等。
分子结构和晶体结构
酸和碱之间的反应称为酸碱反应，反应中质子转移是酸碱反应的本质。酸和碱的相对强弱可以通过电离常数来衡量。
实验数据处理和误差分析
实验安全
01
实验安全是实验过程中的首要问题，需要遵守实验室安全规定，正确使用实验器材和防护用品。
环境保护
02
环境保护是每个实验者应尽的责任，需要合理处理实验废弃物，减少对环境的污染。
实验安全和环境保护的实验实例
03
通过具体的实验实例，如实验室安全规定、废液处理等，来掌握实验安全和环境保护的方法。
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无机及分析化学实验基础
1
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掌握实验基本操作技术是进行无机及分析化学实验的基础，包括称量、加热、冷却、萃取、蒸发、结晶等操作。
实验基本操作技术
在进行实验基本操作时，需要注意安全、准确、快速、环保等原则，避免误差和事故的发生。
实验基本操作技术的注意事项
通过具体的实验实例，如硫酸铜晶体的制备、碘的萃取等，来掌握实验基本操作技术。

3. 四个量子数(n、l、m、ms)：物理意义、取值范围及相互关系
•
解薛定谔方程必须先确定三个量子数，即n,l,m ；除此之外，
由于电子还要作自旋运动，因此需引入描述电子自旋特征的第
四个量子数ms——自旋量子数。
•
这些量子数对所描述的电子的能量、原子轨道或电子云的
形状和空间伸展方向以及多电子原子核外电子的排布是非常重
5. 氢原子光谱：特征谱线！氢谱
6. 玻尔的三个基本假设：
(1) 定态轨道理论：原子中的电子不能任意地绕核旋转，而只能
在一些符合一定条件的轨道上运动，即 电子 pmvrn h
不放出能量，轨道为稳定轨道，此状态称基态；
2
(2) 轨道能级的概念：电子运动的轨道不同能量就不同，离 核 越远能量越高；电子尽可能处于离核较近(低能量)的轨道；电 子运动所处的能量状态称为能级，电子所处轨道的能量是量子
原子轨道：波函数的图象称为原子轨道。
但必须注意：这里的原子轨道的含义不同于宏观物体的运动 轨道（如铁轨），它是指电子云的分布情况或电子的一种空间运 动状态，换句话说，将一定空间取向的电子云，看作是一个原子 轨道。例如s电子云为球形，只有一条轨道(各方向取向相同)；p 电子云为哑铃形，有三个取向(px , py , pz)，因此有三条轨道；而d 电子云有五条轨道；f 电子云有七条轨道。
电子层结构的特征，并结合原子参数熟悉元素性质周 期性的变化规律。
图1 道尔顿原子模型
§1.1 原子的含核模型
1. “枣糕模型”： 1903年W.汤姆生(1824~1907)提出， 原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子 则镶在球里，原子受到激发后，电子振动，产生光谱。
图2 汤姆生原子模型

波函数性质
波函数具有一些基本性质，如连续性、有限性、单值性等。此外，波函数还需要满足归一化 条件，即粒子在全空间出现的概率总和为1。
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波函数与电子云模型关系
波函数与电子云模型密切相关。在原子或分子中，电子的波函数决定了电子云的形状和分布。 通过求解薛定谔方程可以得到电子的波函数，进而得到电子云的分布。
高一化学原子结构 PPT课件图文
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目录
CONTENTS
• 原子结构基本概念 • 原子核结构与性质 • 电子云模型与波函数理论 • 元素周期律与化学键合性质 • 实验室制备和检测技术 • 原子结构在生活和科技中应用
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01 原子结构基本概念
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原子定义与组成
放射性衰变遵循指数衰变规律， 即衰变速度与剩余原子核数量
成正比
放射性衰变产生的射线具有穿 透能力和电离能力，对人体和
环境有一定危害
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射线类型及其特点
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α射线
由氦核组成，带正电荷，质量 大，电离能力强，穿透能力弱
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β射线
由电子组成，带负电荷，质量 小，电离能力较弱，穿透能力
周期表中共有18个纵列，其中8、9、 10三个纵列共同组成一个族，其余每 个纵列为一个族，共有16个族。
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周期表中共有7个横行，即7个周期， 每个周期中元素的性质具有相似性。
元素周期表反映了元素性质的周期性 变化，是学习和研究化学的重要工具。
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02 原子核结构与性质
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8.2.2 不确定原理与微观粒子 运动的统计规律
1927年，Heisenberg不确定原理
x p h
2 Δx—微观粒子位置的测量偏差 Δp—微观粒子的动量偏差 微观粒子的运动不遵循经典力学的规律。
x v ≥ h / 2πm
对于电子来说，其 m = 9.11 10-31 kg, h/2πm 的数量 级为10－4。原子半径的数量级为 10－10 m 左右，因此核外 电子位置的测量偏差 x 不能大于 10-12 m，这时其速度的 测量偏差 v 一定大于 108 ms-1。这个偏差过大，已接近 光速，根本无法接受。
要研究电子出现的空间区域，则要去寻找 一个函数，用该函数的图象与这个空间区域建 立联系。这种函数就是微观粒子运动的波函数 。
1926 年奥地利物理学家 E. Schrödinger 建 立了著名的微观粒子的波动方程，即 Schrödinger 方程。描述微观粒子运动状态的 波函数 ，就是解 Schrodinger 方程求出的。
2
z 2
8π 2m h2
E
V
：波函数
E：能量
V：势能
m：质量
h：Planck常数
x, y, z：空间直角坐标
2 2 2 8 2m (E V ) 0
x2 y 2 z 2 h2
代数方程的解是一个数；微分方程的解是一 组函数；对于 Schrödinger 方程，偏微分方程 来说，它的解将是一系列多变量的波函数 的 具体函数表达式。而和这些波函数的图象相关 的空间区域，与所描述的粒子出现的几率密切 相关。
§8.2 微观粒子运动的基本特征
8.2.1 微观粒子的波粒二象性 8.2.2 不确定原理与微观粒子
运动的统计规律
8.2.1 微观粒子的波粒二象性

第一节 原子的组成与核外电子排布
电子云的角度分布图是通过将|Ψ|2的角度分布部分，即|Y|2随 θ、Φ的变化作图而得到的(空间)图像，它形象地显示出在原子核 不同角度与电子出现的概率密度大小的关系。图1-1(b)是电子云的 角度分布剖面图。电子云的角度分布剖面图与相应的原子轨道角 度分布剖面图基本相似，但有以下不同之处：原子轨道角度分布 图带有正、负号，而电子云的角度分布图均为正值(习惯不标出正 号)；电子云的角度分布图比相应的原子轨道角度分布要“瘦”些， 这是因为Y值一般是小于1的，所以|Y|2的值就更小些。
第一节 原子的组成与核外电子排布
五、 多电子原子结构
多电子原子指原子核外电子数大于1的原子(即除H以外 的其他元素的原子)。在多电子原子结构中，核外电子是如何 分布的呢？要了解多电子中电子分布的规律，首先要知道原 子能级的相对高低。原子轨道能级的相对高低是根据光谱实 验归纳得到的。H原子轨道的能量取决于主量子数n，在多电 子原子中，轨道的能量除取决于主量子数n外，还与角量子 数l有关，总规律如下:
无机化学
第一章 原子结构和元素周期律
原子的组成与核外电子排布 元素周期律与元素周期表 元素基本性质的周期性
第一节 原子的组成与核外电子排布
一、 原子的组成
在20世纪30年代，人们已经认识到原子是由处于原子中 心的带正电荷的原子核和核外带负电荷的电子构成的。由于原 子核跟核外电子的电量相同，电性相反，所以原子呈电中性。 原子很小，半径约为10-10m；原子核更小，它的体积约为原 子体积的1/1012。如果把原子比喻成一座庞大的体育场，则原 子核只相当于体育场中央的一只蚂蚁。因此原子内部有相当大 的空间，电子就在这个空间内绕着原子核作高速运动。
第一节 原子的组成与核外电子排布

• 玻尔理论的成功与不足之处
玻尔理论合理的是：核外电子处于定态时有确定的能 量；原子光谱源自核外电子的能量变化。在原子中引 入能级的概念，成功地解释了氢原子光谱，在原子结 构理论发展中起了重要的作用。
玻尔提出的模型却遭到了失败。因为它不能说明多电 子原子光谱，也不能说明氢原子光谱的精细结构。这 是由于电子是微观粒子，不同于宏观物体，电子运动 不遵守经典力学的规律。而有本身的特征和规律。玻 尔理论虽然引入了量子化，但并没有完全摆脱经典力 学的束缚，它的电子绕核运动的固定轨道的观点不符 合微观粒子运动的特性，因此原子的玻尔模型不可避 免地要被新的模型所代替－－即原子的量子力学模型。
物质波称为概率波，核外电子的运动具有概率分
布的规律。
1-1-3-2 核外电子运动状态的近代描述 ㈠ 薛定谔方程
1粒 92 x 2的 62年波 ，粒 奥两2 y 2 地 象 利性 科的2 z 学基2家础薛上8 h 定，m 2锷通2在过E 考光虑学V 实和 物力 微学0
的对比，把微粒的运动用类似于光波动的运 物理意义动：方对程于来一描个述质。量为m，在势能为V的势场中运动的微 粒来说，薛定谔方程的每一个合理的解Ψ，就表示该微粒运动 的某一定态，与该解Ψ相对应的能量值即为该定态所对应的能 级。
Ψ1s 1s 原子轨道
n = 2 l = 0 m = 0 Ψ200(x,y,z)
Ψ2s 2s 原子轨道
n = 2 l = 1 m = 0 Ψ210(x,y,z)
n = 3 l = 2 m = 0 Ψ320(x,y,z) 通常， l = 0 l = 1 l = 2
Ψ2p
Ψ3d l= 3
1-1-3 原子的量子力学模型
1-1-3-1 微观粒子及其运动的特性

不可能同时准确地测定微观粒子的位置和动量。
数学表达式
-----不确定原理
h ΔxΔPx ≥ 4π
ΔxΔvx ≥
h 4πm
ΔxΔvx ≥
h 4πm
例如子弹 m=10g Δx = 10-6 m
Δv≥ 5.3×10-27 m/s
电子 m= 9.1×10－31kg Δx =10-11 m Δv≥5.8×10 6 m/s
氢原子的某些波函数、径向波函数和角度波函数
轨道 y（r, , ）
R(r)
1s 2s
2pz 2px 2py
1 πa03
er
a0
2
1 a03
e
r
a0
1 4
1 2πa03
(2
r a0
)er
2a0
1 8πa03
(2
r a0
)er
2a0
1 4
1 2πa03
(
r a0
)er
2 a0
cos
1 24πa03
(r a0
（电子的运动速率6×106 m/s）
测不准误差太大。
电子与宏观物体具有完全不同的特点，不 能同时准确地确定它的位置和动能。
电子的位置确定得越准确(Dx越小)，动量就 确定得越不准确 (Dpx越大)； 动量确定得越准确，位置就确定得越不准确。
电子运动的规律
只能用反映微观粒子的
量子力学方法来描述。
二、氢原子的量子力学模型
由于轨道的半径是不连续的， 轨道的能量是不连续的，
所发射出光的频率也是不连续的， 氢原子光谱是线状光谱。
Bohr 模型冲破了经典物理中能量
变化是连续变化的束缚，用量子化方法 解释原子结构和氢光谱。