无机化学原子结构优秀课件

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。
3
• 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。

我们今天熟悉的各种元素（原子）， 都是从那时起经历了漫长复杂的物理化学 变化，分批分期合成而来的
二、能层与能级
1、能层
能层 1 2 3 4 符号 K L M N
5… n O…
最多 2×12 2×22 2×32 2×42 2×52 电子 数
2n2
核外电子的排布规律:
（1）先排能量低的电子层，再排能量高 的电子层，由里往外。 （2）每一层最多容纳电子数：2n2个。 （3）最外层电子数不超过8个（K层为 最外层时不超过2个）。 （4）次外层电子数不超过18个，倒数第 三层不超过32个。
3．1897年，英国科学家汤姆生发现了电
子。
枣糕/葡
萄干布
丁模型
原子是一个平均分配着正电荷的粒子， 其中镶嵌着许多电子，中和了正电荷， 从而形成中性原子
4．1911年，英国物理学家卢瑟福— 电子绕核旋转的原子结构模型
5．1913年，丹麦科学家玻尔—核外电 子分层排布的原子结构模型
6．20世纪20年代中期，奥地利物理学家
97.有三个人是我的朋友爱我的人.恨我的人.以及对我冷漠的人。 爱我的人教我温柔；恨我的人教我谨慎；对我冷漠的人教我自立。――[J·E·丁格] 98.过去的事已经一去不复返。聪明的人是考虑现在和未来，根本无暇去想过去的事。――[英国哲学家培根] 99.真正的发现之旅不只是为了寻找全新的景色，也为了拥有全新的眼光。――[马塞尔·普劳斯特] 100.这个世界总是充满美好的事物，然而能看到这些美好事物的人，事实上是少之又少。――[罗丹] 101.称赞不但对人的感情，而且对人的理智也发生巨大的作用，在这种令人愉快的影响之下，我觉得更加聪明了，各种想法，以异常的速度接连涌入我的脑际。――[托尔斯泰] 102.人生过程的景观一直在变化，向前跨进，就看到与初始不同的景观，再上前去，又是另一番新的气候――。[叔本华] 103.为何我们如此汲汲于名利，如果一个人和他的同伴保持不一样的速度，或许他耳中听到的是不同的旋律，让他随他所听到的旋律走，无论快慢或远近。――[梭罗] 104.我们最容易不吝惜的是时间，而我们应该最担心的也是时间；因为没有时间的话，我们在世界上什么也不能做。――[威廉·彭] 105.人类的悲剧，就是想延长自己的寿命。我们往往只憧憬地平线那端的神奇【违禁词，被屏蔽】，而忘了去欣赏今天窗外正在盛开的玫瑰花。――[戴尔·卡内基] 106.休息并非无所事事，夏日炎炎时躺在树底下的草地，听着潺潺的水声，看着飘过的白云，亦非浪费时间。――[约翰·罗伯克] 107.没有人会只因年龄而衰老，我们是因放弃我们的理想而衰老。年龄会使皮肤老化，而放弃热情却会使灵魂老化。――[撒母耳·厄尔曼] 108.快乐和智能的区别在于：自认最快乐的人实际上就是最快乐的，但自认为最明智的人一般而言却是最愚蠢的。――[卡雷贝·C·科尔顿] 109.每个人皆有连自己都不清楚的潜在能力。无论是谁，在千钧一发之际，往往能轻易解决从前认为极不可能解决的事。――[戴尔·卡内基] 110.每天安静地坐十五分钟·倾听你的气息，感觉它，感觉你自己，并且试着什么都不想。――[艾瑞克·佛洛姆] 111.你知道何谓沮丧---就是你用一辈子工夫，在公司或任何领域里往上攀爬，却在抵达最高处的同时，发现自己爬错了墙头。－－[坎伯] 112.「伟大」这个名词未必非出现在规模很大的事情不可；生活中微小之处，照样可以伟大。――[布鲁克斯] 113.人生的目的有二：先是获得你想要的；然后是享受你所获得的。只有最明智的人类做到第二点。――[罗根·皮沙尔·史密斯] 114.要经常听.时常想.时时学习，才是真正的生活方式。对任何事既不抱希望，也不肯学习的人，没有生存的资格。

核外电子的运动状态就可用四个量子数来表示了：
n
l
m
ms
电子所在电子层 电子所在电子亚层 电子所在轨道 电子自旋方向
例：n=3时，电子可能的运动状态有多少种？
解： n=3 l
m
0
0
ms ±1/2
1 0，±1
±1/2
2 0，±1，±2 ±1/2
2
}6 18
10
三、 |Ψ|2 与电子云
|Ψ|2的物理意义：核外某点（ r, , ）电子出现
二、微观粒子的波粒二象性
1924年，De Broglie 提出：
一切运动着的微观粒子包括电子、质子、中子、 原子等都具有波粒二象性 ，且微观粒子运动的波 长与它的动量间有如下关系式：
h h
p mv
电子波粒二象性的证明： 1927年,Davisson和Germer应用Ni晶体进行电
子衍射实验,证实电子具有波动性。
符号： s， p， d，
f，……
形状：球形，哑铃形，四叶花瓣形， ……
当n值相同时，能量相对高低为Ens＜Enp＜End＜Enf
3.磁量子数m（轨道数） 物理意义：表示电子云或原子轨道的空间伸展方向
取值：0，±1， ±2， ±3，……，±l
共（2l+1）个取值，受l 制约 在多电子原子中，n 和l 相同而m不同的各原子 轨道能级相同，但空间伸展方向不同，这些轨道称 为简并轨道（或等价轨道）。 4.自旋量子数ms 物理意义：表示电子的自旋方向 取值：+1/2，－1/2 表示： ↑， ↓
球极坐标(r,,)：
为取得薛定谔方程的合理解， 在求解过程中，必须使波函数中 某些常数的取值受特定的限制， 这些常数称为量子数(n, l, m)

2Ψ y 2

2Ψ z 2


8π 2 m h2
E
V
Ψ
Ψ ：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
解薛定谔方程采用直角坐标( x,y,z)与球坐标 (r,θ,φ)的转换，具体解的过程本课程不讨论。
x r sinq cos y r sinq sin z r cosq
成，每一个光子的能量 E = h ν。
受Planck和Einstein的启发，卢瑟福 (Rutherford)于1911年在研究氢原子结构时 提出了核外电子运动的天体模型，即氢原子 核外电子的运动就象地球绕太阳旋转一样。 电子在旋转过程中不断辐射能量，于是就产 生了氢原子光谱。
尽管卢瑟福正确地认
识到核外电子必须处于
3.能量量子化的提出 能量的量子化是建立在前人
对光的研究基础上的。在光
的研究中有两个人的贡献很
大，他们的研究为后来电子 Planck
Einstein
运动的研究奠定了基础,这就是Planck和EPliannks的te量in子。论 1900年普朗克提出量子论，试图解释氢原子
光谱为何不连续的问题。他认为, 物体只能按
v

3.289
1015
(
1 n12

1 n22
)s
-1
式中为n1、n2为正整数，且 n2 ＞ n1
根据Balmer公式得到Balmer线系
v

3.289
1015
(
1 22

1 n2
)s1
n = 3 红（Hα） n = 4 青（Hβ ） n = 5 蓝紫 （ Hγ ） n = 6 紫（Hδ ）

• （3）原子轨道为的空间图象，角度分布的空间图象
作为原子轨道角度分布的近似描述。
• （4）以||2的空间图象——电子云来表示核外空间电
子出 现的概率密度。 • （5）以四个量子数来确定核外任意电子的运动状态。
第22页/共51页
5.2.1 多电子原子轨道能 级
轨道：其电子运动状态 (轨道)可描述为 1s, 2s, 2px, 2py, 2pz, 3s…
子。
• (2)、能量最低原理
• 多电子原子处于基态时，核外电子的分布在不违反泡 利原理前提下，总是尽先分布在能量较低的轨道，以使 原子处于能量最低状态。
• (3)、洪特(Hund)规则
•
原子在同一亚层的等价轨道上分布电子时，尽可能
单独分布不同的轨道，而且自旋方向相同。
第27页/共51页
如N原子1s22s22p3的轨道表示式
量最低——基态；原子获得能量后，电子被 激发到高能量轨道上，原子处于激发态；
③从激发态回到基态释放光能，光的频率 取决于轨道间的能量差。
h E2 E1 E2 E1
h
E：轨道能量 h：Planck常数
第4页/共51页
Balmer线系
v
3.289
1015
(
1 22
1 n2
)s1
n = 3 红（Hα） n = 4 青（Hβ ） n = 5 蓝紫 （ Hγ ） n = 6 紫（Hδ ）
Ψ =f(x.y.z)，将直角坐标变为球坐标Ψ（r.θ.φ）然后利用
数学中的变量分离法，将
Ψ=f(r.θ.φ) =R(r)·Y(θ.φ)。
波函数就分成了径向分布部分R(r)和角度分布部分
Y(θ.φ) 。
用角度部分Y(θ.φ)作的图称为原子轨道的角度分布图。

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

➢ H原子轨道能量只与 n 有 关，其它原子轨道均发生能 级分裂。
原子轨道能量和原子序数关系图
➢ 原子序数增大时，原子轨 道能量逐渐下降。下降幅度 的不同，产生能级交错。
➢ 从钪(Sc)开始，第4周期元
素的 3d 轨道能级低于4s。说
明，不但是Mn原子，其余 3d 过渡金属被氧化时，4s 轨道 都先于 3d 轨道失去电子。.
量子力学不能精确求解多电子原子的薛定谔 方程，但可用近似法计算其轨道能级。
计算表明,波函数的角度部分和单电子原子大 致相同，而径向部分和单电子原子不同。
电子排布：
氢原子核外只有一个电子，通常位于基态的 1s 轨 道上； 多电子原子核外电子按能级顺序分层排列。
轨道：
与氢原子类似，其电子运动状态可描述为1s，2s， 2px，2py，2pz，3s……
8.3 多电子原子结构
单电子原子的能级
氢原子、类氢离子原子(He+、Li2+、Be3+、B4+等)：核 外只有一个电子，原子基态、激发态的能量只与主量子数 n 有关，与角量子数 l 无关。
能 7s ◎ 7p ◎ ◎ ◎ 7d ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 7f ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 量 6s ◎ 6p ◎ ◎ ◎ 6d ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 6f ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
利用这个规则可以粗略地估计电子在不同轨道上的 能量。
将原子的电子层结构用括号分成下列轨道组：
(1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f) (5s, 5p)… 1) 后面轨道组的每个电子对前面规道组电子的屏蔽
效应可忽略不计，即 σ = 0； 2) 同一轨道组电子之间的 σ 一般为 0.35，如果同在

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

h 无机化学 (h6. 原子结构和元素周期律 6处：
• 满意地解释了实验观察的氢原子光谱和类氢原子 （He+, Li2+, B3+）光谱；
• 说明原子的稳定性；
• 计算氢原子的电离能：
电子由n=1→n=∞，即电子脱离原子核的引力
3.2891015s-1(112 12)3.2891015s-1 代入Eh 3.2891015s-16.6261034J•s
光谱中可见光区的四条谱
线频率。 无机化学 原子结构和元素周期律 习题课
4
3. Bohr理论 主要假设： (a) 核外电子只能在有确定半径和能量的轨道
上运动，且不辐射能量； (b) 通常保持能量最低——基态； (c) 获能量激发——激发态； (d) 从激发态回到基态释放光能。
hE2E1 E:轨道的能量 E2E1 :光的频h率 :Plan常 ck数
象化描述)。
无机化学 原子结构和元素周期律
13
习题课
电子云的形状
s 电子云是球形对称的。 p 电子云是哑铃形，沿着某一个轴的方向上
概率密度最大，电子云主要集中在这个方向 上。在另两个轴上电子云出现的概率很小， 几乎为零，在核附近也几乎是零。py 和pz 与 px 相似，只是方向不同。 d 电子云是花瓣形。 f 电子云的形状更复杂。
无机化学 原子结构和元素周期律
15
习题课
3) 多电子原子中电子的能量：
E13.6(Z n 2 )2 eV
4) Slater 规则：i 取值 see book P135 （1）外对内： 0 （2）同层内：0.35 (1s: 0.30) （3）(n-1)层对ns，np：0.85 （4）小于(n-1)层 对ns，np：1.00 （5） d，f左侧：1.00

实验
取铝片和 镁带，擦去氧 化膜，分别和 2mL 1mol/L 盐酸反应。
现象：镁与铝均能与盐 酸反应产生气泡。但镁 反应更剧烈。
反应：
Mg + 2HCl = MgCl2 + H2 2Al + 6HCl = 2AlCl3+ 3H2
结论： 镁元素的金属性比铝强
小结
钠与冷水反应，镁与沸水反应，铝不 与水反应。
◇ 2.要点: 成键微粒 ——阴阳离子 键的实质 ——静电作用 成键范围 ——活泼金属(IA IIA)
与非金属(VIA VIIA)
常见阳离子 常见阴离子
金属离子：Na+、Mg2+、Ca2 + 铵根离子：NH4 + Cl-、S2- 、 OHCO32- 、 SO42- 、 NO3-
离子化合物：阴、阳离子通过离子键结 合而形成的化合物。
第二节 元素周期律和元素周期表
• 一、 元素周期律 • 二、 元素周期表
一、 元素周期律
◇1.随着原子序数的递增，元素原子的电子层排 布和主要化合价都呈现周期性变化。
◇2.元素的金属性、非金属性的递变规律
元素的金属性和非金属性强弱的判断依据：
元素的金属性和非金属性强弱的判断依据：
元素的 金属性
◇ 1.原子结构示意图
氢原子 氧原子 钠原子 钙原子
（二）原子核外电子排布的表示方法
◇ 2.电子式
Na． ．Mg． ．A．l．
钠原子 镁原子 铝原子
．S．．i．
硅原子
．．P．．．
磷原子
．．．S．．．
硫原子
．．C．．．．l ．
氯原子
．．A．．．．r ．．
氩原子
◇ 3.电子排布式

离子键。
离子晶体的结构
02
离子晶体中正负离子交替排列，形成空间点阵结构，具有高的
熔点和沸点。
离子键的强度
03
离子键的强度与离子的电荷、半径及电子构型有关，电荷越高、
半径越小，离子键越强。
12
共价键与分子结构
2024/1/29
共价键的形成
原子间通过共用电子对形成共价键，共价键具有方向性和饱和性。
分子的极性与偶极矩
大学无机化学完整版ppt课件
2024/1/29
1
目录
2024/1/29
• 无机化学概述 • 原子结构与元素周期律 • 化学键与分子结构 • 化学反应基本原理 • 酸碱反应与沉淀溶解平衡 • 氧化还原反应与电化学基础 • 配位化合物与超分子化学简介
2
01
无机化学概述
Chapter
2024/1/29
反应机理
基元反应和复杂反应、反应机理的推导和表示 方法
反应速率理论
碰撞理论、过渡态理论和微观可逆性原理
2024/1/29
影响反应速率的因素
浓度、温度、催化剂和光照等外部条件对反应速率的影响
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05
酸碱反应与沉淀溶解平衡
Chapter
2024/1/29
19
酸碱反应概述
酸碱定义及性质
介绍酸碱的基本概念、性质和分类，包括阿累尼乌斯 酸碱理论、布朗斯台德酸碱理论等。
配位化合物的组成 中心原子或离子、配体、配位数、配位键等。
配位化合物的分类
3
根据中心原子或离子的性质可分为金属配位化合 物和非金属配位化合物；根据配体的性质可分为 单齿配体和多齿配体等。
2024/1/29
28

§8.1 氢原子结构
1 1 例：n=1，l=0，m=0， ms , , 2 2
用四个量子数表示。
1 1 2 解： (1 , 0 , 0 , ) (1 , 0 , 0 , ) 1s 2 2
第八章
原子结构
§8.1 氢原子结构
例：填表。 原子轨道 2px 4f 6s n 2 l 1 m个数 容纳电子数 2
第八章 原子结构
(Atomic Structure) §8.1 氢原子结构
§8.2 多电子原子结构
§8.3 元素周期律
§8.1 氢原子结构
(Hydrogen Atomic Structure) 8.1.1 氢原子光谱与玻尔理论
8.1.2 电子的波粒二象性
8.1.3 薛定谔方程与波函数
8.1.4 量子数的物理意义
第八章
原子结构
§8.1 氢原子结构
2. 角量子数 (Azimuthal Quantum Number)
意义：决定原子轨道符号及形状，对应着同一主层 的电子亚层,和n共同决定电子能级。
取值：n个，从0 ~n-1（n个从零开始的正整 数）。 举例： l=0的原子轨道，在光谱中规定为 s轨道； l=0的原子轨道，说明角动量在各 方向无变化，原子轨道呈球形； l=0 的原子轨道，又称s亚层。
E2 E1 ν h
E：轨道能量(Orbital Energy)
ν ：频率( Frequency )
h：Planck常数(Planck Constant)
普朗克
第八章
原子结构
§8.1 氢原子结构
（2）求出氢原子轨道的半径、能量、辐射能频率 18 1 2 r = 0.053n (nm) E - 2.179 10 2 J n 如 n=1，r = 0.053(nm)， E= -2.17910-18J