无机化学第八章 原子结构
无机化学原子结构
子结构的“行星式模型”
基础上，引入了普朗克的 量子化概念，比较满意地nk量子论(1900年)：微观领域能量不连续。
赫兹于1887年发现光电效应，爱因斯 坦第一个成功的解释了光电效应
Einstein光子论(1905年)：1921年诺贝尔物理奖 光子能量与光的频率成正比 Ｅ＝hν Ｅ—光子的能量，ν—光的频率 h—Planck常量， h =6.626×10-34J· s
…
RH En 2 J n
Bohr理论的成败 成： （1922年Nobel）成功解释氢原子光谱及 类氢原子光谱的产生原因，特别是提出能 级、量子化、电子跃迁等概念至今仍采用。 败：不能解释多电子原子光谱、氢原子光谱 旧量子论 精细结构，对化学键的形成无能为力。 因：建立在经典力学基础上，固定轨道，没 考虑电子的情况。
化学性质
原子结构
◆ 一般的化学反应， 原子核并不发生变化， 只是核外电子的运动 状态发生变化。
原子的电子结构
§8.1 原子结构的Bohr理论
8.1.1 历史的回顾
8.1.2 氢原子光谱 8.1.3 Bohr原子结构理论
8.1.1 历史的回顾 精灵原子假说：
2400多年前，希腊哲学家德谟 克里特说： “世界和宇宙中的万物，
8.2.2 不确定原理与微观粒子 运动的统计规律
牛顿力学中的经典描述: 已知有一质点, 质量为 m, 则有: F = ma (a 为加速度) 所以, 可以准确测定质点的速度(动量) 和位置。
对于宏观物体而言, 这一结论无疑是绝对正确
而对于微观粒子是怎样的呢?
1927年，(德)Heisenberg不确定原理：
波粒二象性
量子论
§8.2 微观粒子运动的基本特征
无机化学原子结构
无机化学原子结构无机化学是研究无机化合物的合成、结构、性质及其在工农业中应用的一门学科。
原子结构是无机化学的基础，它涉及到原子的组成、结构、性质以及原子与其他物质之间的相互作用等方面。
下面将从电子结构、原子轨道、原子能级等多个方面介绍原子结构的相关内容。
电子结构是原子结构的关键组成部分。
根据量子力学的理论，电子在原子中分布在不同的能级上。
每个能级具有特定的能量，并且每个能级可以容纳一定数量的电子。
根据泡利不相容原理，每个能级上的电子自旋方向必须相反，即一个能级最多容纳两个电子。
当外层电子能量最高时，原子稳定性最好。
原子轨道是描述电子在原子中运动的概念。
原子轨道主要分为s、p、d、f四种轨道。
s轨道是最靠近原子核的轨道，能容纳最多两个电子。
p轨道是次于s轨道的轨道，能容纳最多六个电子。
d轨道是再次次于p轨道的轨道，能容纳最多十个电子。
f轨道是最外层的轨道，能容纳最多十四个电子。
原子轨道的结构决定了原子性质的差异，如化合价、键合方式等。
原子能级是描述原子能量的概念。
每个原子能级对应一个能量值，随着能级的增加，能量也相应增加。
根据原子能级的性质，可以将电子分为基态电子（处于最低能级）和激发态电子（处于高能级）。
当原子受到外界能量的激发时，基态电子会跃迁到高能级，从而形成激发态。
激发态电子在不稳定的情况下，会通过放射能量的方式返回到基态，这种现象称为原子的激发和辐射。
原子结构还涉及到原子的核和电子的相互作用。
原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电。
质子和中子都存在于原子核的非常小的空间中，它们之间存在着强相互作用力，使得原子核的结构非常稳定。
电子则围绕着原子核旋转，电子和原子核之间的相互作用力称为库仑力。
这种库仑力使得电子在原子轨道中保持相对稳定的运动，从而维持着原子的稳定性。
总之，原子结构是无机化学的基础，它涉及到原子的电子结构、原子轨道、原子能级等多个方面。
通过对原子结构的研究，我们可以了解原子的性质和行为规律，从而为无机化学的研究和应用提供基础。
无机化学原子结构
无机化学原子结构原子结构是无机化学的基础，了解原子结构有助于理解元素的性质和化学反应的机理。
本文将从原子的基本组成以及结构特征，包括原子核、电子组织和能级结构进行阐述。
原子是构成物质的基本单元，在元素周期表上的每一个元素都代表着一种特定的原子。
原子由三种基本粒子组成：质子、中子和电子。
质子和中子集中在原子核中，而电子则以轨道形式分布在原子核周围。
质子和中子都具有质量，而电子则没有质量，只有电荷。
原子核是原子的核心部分，由质子和中子组成。
质子带正电，中子不带电，因此原子核带正电。
原子核中质子的数量决定了元素的原子序数，即元素周期表上的位置。
例如，氢原子核只含有一个质子，所以氢的原子序数为1，氧原子核含有8个质子，所以氧的原子序数为8。
电子是带负电的粒子，围绕原子核在各个能级轨道上运动。
每个能级轨道可以容纳一定数量的电子，根据泡利不相容原理和奥卡福建议，每个能级轨道最多只能容纳一对电子。
能级轨道按能量高低排列，从内到外分别称为K、L、M、N、O等能级。
电子的分布遵循电子云模型，即电子存在于一定的空间范围内，而不是固定在某一点位置上。
电子云模型可以通过波函数来描述，波函数是一个复数函数，描述了电子在空间范围内的概率密度。
具体来说，每个电子能级轨道包含一个势能和一个波函数，电子的运动状态和能量都由波函数决定。
原子中的电子以能级的形式存在，每个能级对应一个特定的能量值。
能级结构可以通过量子力学理论解释，其中最基本的是薛定谔方程。
薛定谔方程描述了电子在原子中的行为，包括位置、动量和能量等性质。
根据薛定谔方程，每个能级可以包含多个电子亚能级，这些亚能级又进一步可以容纳不同的自旋态电子。
自旋是电子的另一个重要特性，它描述了电子旋转的方向，有两种可能性：自旋向上和自旋向下。
每个能级的亚能级都遵循泡利不相容原理，即每个亚能级最多只能容纳一对电子，这两个电子必须具有相反的自旋。
根据电子的排布规则，可以确定每个元素的电子组态，即电子在不同能级上的分布情况。
江苏师范大学《无机化学》习题库及答案第八章 原子结构
第八章原子结构一、选择题（每题3分，共30分）1. 第四周期元素原子中未成对电子数最多可达（A）4个（B）5个（C）6个（D）7个2. 下列元素中，原子半径最接近的一组是（A）Ne，Ar，Kr，Xe；（B）Mg，Ca，Sr，Ba;（B）B，C，N，O；（D）Cr，Mn，Fe，Co。
3. 下列基态原子的电子构型中，正确的是（A）3d94s2（B）3d44s2（C）4d105s0（D）4d85s24. 具有下列电子构型的元素中，第一电离能最小的是（A）n s2n p3（B）n s2n p4（C）n s2n p5（D）n s2n p65.镧系收缩使下列各对元素中性质相似的是（A）Mn和Tc （B）Ru和Rh （C）Nd和Ta （D）Zr和Hf6. 氢原子的3d和4s能级的能量高低是：（A）3d > 4s（B）3d < 4s（C）3d = 4s（D）无3d，4s轨道,无所谓能量高低7. 下列各组元素按电负性大小排列正确的是（A）F＞N＞O（B）O＞Cl＞F（C）As＞P＞H（D）Cl＞S＞As8. 下列各对元素中，第一电子亲和能大小排列正确的是（A）O＞S（B）F＜C（C）Cl＞Br（D）Si＜P9. P区元素的电子排布特征结构是：(A) np6(B) ns2 np1~ 6(C) ns2(n-1)p6(D) ns2(n-1)d10np610、下面是一些电子的量子数，能量最高的电子是：(A) 3，0，0，–1/2（B）3，2，0，+1/2(C) 4，0，0，–1/2（D）3，1，–1，–1/2二、填空题（每空1分，共25分）1. 4P亚层中轨道的主量子数为，角量子数为，该亚层的轨道最多可以有种空间取向，最多可容纳个电子。
2. 周期表中最活泼的金属为，最活泼的非金属为。
3. 某元素基态原子失去3个电子后，3d轨道半充满，其原子序数为。
它在第周期，族，属于区元素。
4. 核外电子排布的三原则是；；。
大连理工无机化学教材配套自测试题
第八章原子结构填空题1、氢原子光谱是线状光谱这一实验事实说明了原子中电子能量的不连续性（量子化），在氢原子中电子的能级由质子数n 决定，其E3s= E3p，E3d< E4s; 在钾原子中，电子能级由量子数n,l 决定，其E4s< E3d；对钛原子，其E4s> E3d。
2、氢原子的基态1s电子在距核52.9pm附近的球壳中出现的概率最大, 这是因为距核更近时，虽然概率密度较大，但球壳体积却较小，因而概率较小; 距核更远处，虽然球壳体积较大，但概率密度却很小，因而概率也较小。
3、在Ψ2s2-r图中，r＝2a0处，Ψ2s2＝0，这类波函数为零的面称为节面, 它的存在是电子运动具有波动性的表现；这种性质由电子衍射实验所证实。
4、描述一个原子轨道要用3个量子数，其符号分别是n,l,m ；表征电子自旋的量子数是m s，其取值可为+1/2, -1/2 。
5、Pauling能级图中第六能级组中含有的原子轨道是6s,4f,5d,6p ; 能级交错可用钻穿效应来解释。
如果没有能级交错，第三周期应有18 种元素，实际上该周期只有8 种元素。
6、当n＝4时，该电子层电子的最大容量为32 个；某元素原子在n＝4的电子层上只有2个电子，在次外层l＝2的轨道中有10个电子，该元素符号是Zn ，位于周期表中第( 四)周期，第ⅡB 族，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2。
7、在元素周期表中，价层电子构型为ns2np3的元素有N,P,As,Sb,Bi ，称为氮族（VA族）元素；价层电子构型为(n-1)d10ns2np6的元素有Kr,Xe,Rn ，这类元索属于稀有气体（或0族）。
8、镧系元素的价层电子构型为4f0-145d0-16s2。
锆和铪、铌和钽性质相似是由于镧系收缩造成的。
9、第118号元素原子的最外层电子构型应为7s27p6 ；镧系元素处于第五周期。
选择题1、下列叙述中正确的是…………………………………………………………(C)(A) 氢原子核外只有一个电子，也只能有一个原子轨道(B) 主量子数n＝2时，只有2s和2p这两个原子轨道(C) n＝2，l＝1，m＝0的原于轨道为2p z轨道(D) 2p轨道是哑铃形的，2p电子沿“∞”字轨道运动2、下列各组量子数中错误的是…………………………………………………( B )(A) n＝3，l=2, m=0, ms=+1/2 (B) n=2, l=2, m=-1, ms=-1/2(C) n=4, l=1, m=0, ms=-1/2 (D) n=3, l=1, m=-1, ms=-1/23、多电子原子中，以下列量子数表征的电子，其能量最高的是……………( D )(A) 2，1，-1，+1/2 (B) 2，0，0，-1/2 (C) 3，1，1，+1/2 (D) 3，2，-1，+1/24、表征3dz2轨道的量子数是……………………………………………………( B )(A) n=2，l=1, m=0 (B) n=3，l=2, m=0 (C) n=3，l=1, m=0 (D) n=4，l=2, m=15、具有下列电子构型的原子中，属于激发态的是………………………………( A )(A) 1s22s12p1 (B) ls22s22p6 (C) ls22s22p63s2 (D) ls22s22p63s23p64s16、下列原子半径大小顺序中正确的是…………………………………………( B )(A) Be＜Na＜Mg (B) Be＜Mg＜Na (C) B＜C＜N (D) I＜Br＜K7、下列元素中，第一电子亲和能最小(放热最多)的是( A ) (A)Cl (B)F (C)Na (D)K8、下列元素中，第一电离能最大的是…( C ) (A)Be (B)P (C)N (D)B9、下列各组元素电负性大小顺序中错误的是…………………………………( D )(A)F＞O＞N (B)Cl＞S＞As(C)Li＞Na＞K (D)S＞N＞C回答问题若某元素原子的最外层只有1个电子，其量子数为n=4，l=0，m=0，m s=+1/2(或-1/2)。
大学无机化学经典课件：原子结构
L
M
N
O
P…
35
2. 角量子数（l）： 确定电子运动空间
形状的量子数 l 的取值 ：0，1 ，2，3，…，n-1
n
l
1
2
3
4
…
n
0,
0， 1，
0， 1，
0
电子亚 层符号
0， 1
1， 2
2， 3
2，…,n-1
s
s， p
s， p，d
s， p，d, f
36
l =0， s 亚层， 球形
l =1， p 亚层， 亚铃型
粒子具有波粒二象性的假设。并预言了高速运动的电子的
物质波的波长
= h / P = h / mv
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。
二、 波函数与原子轨道
1.
海森堡的测不准关系 ：
测不准原理说明了微观粒子运动有其特殊的
规律，不能用经典力学处理微观粒子的运动，而 这种特殊的规律是由微粒自身的本质所决定的。
率成正比
11
E = h
式中 E 为光子的能量， 为光子的频率，h 为 Planck
常数，其值为 6.62610-34 Js。物质以光的形式吸收或放
出的能量只能是光量子能量的整数倍。 电量的最小单位是一个电子的电量。 电量是量子化的。量子化是微观领域的重要特征，后面我
我们将以上的说法概括为一句话，在微观领域中能量、
为自然数，且 n – 1 l
由解得的 R ( r )、 ( ) 和 ( ) 即可求得波函数
( r，， ) = R ( r ) ( ) ( )
34
无机化学习题库(湖北大学)第八章 原子结构与周期律
第八章 原子结构与周期律一、选择题1.如图所示为……………………………………………………（ ）(A) d xy 的ψ的角度分布图 (B) d x y 22-的ψ的角度分布图(C) d xy 的∣ψ∣2的角度分布图 (D) d x y 22-的∣ψ∣2的角度分布图2. 下列各组元素原子的第一电离能递增的顺序正确的为…………………………… （ ）(A) Na < Mg < Al (B) He < Ne < Ar (C) Si < P < As (D) B < C < N3. 按类氢原子轨道能量计算公式，Li 2+ 电子在n = 1轨道上的能量与H 原子在n = 1 轨道上能量之比值为…………………………………………………………………………… （ ）(A) 3:1 (B) 6:1 (C) 9:1 (D) 1:3二、填空题4. zx ++ -- 左图所示是波函数 的角度分布图。
5. 比较下列每组中哪一个元素第一电离能较高?(1) Li 和Cs ：____________高； (2) Li 和F ：_____________高；(3) Cs 和F ：_____________高； (4) F 和I ：_____________高。
6. 在真空管、质谱仪和加速器中运动的电子，可以用____________力学处理，因为_____________________________________________________________________________。
三、问答题7. 根据电离能或电子亲和能推测下列气相反应哪些是自发的?(1) Kr + He +−→−Kr + + He (2) Si + Cl +−→−Si + + Cl (3) Cl - + I −→−I - + Cl8. 请解释在H 原子中3s 和3p 轨道有相等的能量，而在Cl 原子中3s 轨道能量比相应的3p 轨道能量低。
无机化学原子结构PPT讲稿
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
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③光谱线在磁场中的分裂；
除基态外的其它状态 —— 激发态
电子尽可能处于离原子核最近、 势能最低的—— 基态。
∵ 放出光子的能量大小取决于两个能级之间的能量差， ∴不同能级间的跃迁所得谱线不同。
三、玻尔理论的合理性和局限性
冲破了经典物理的束缚，用能量量子化成功解释了单电子体系 产生光谱的原因。
缺陷在于勉强加进了一些假定，认为电子的运动符合经典力学 运动定律，有固定轨道，无法解释下述实验结果：
是量子化的。变化的不连续是指量的变化有一个最小单位。
电量是量子化的—Байду номын сангаас其最小单 位是一个电子所带的电量，
而长度、面积、时间、 速度则是非量子化的。
2）轨道能级------- 一个原子有多个定态轨道，不同的定态轨道 势能 不同，这些不同的势能状态称为：能级。
激发态原子发光的原因：
当电子从较高的能级跃迁回较低的能级时，原子会以光子形式 放出能量—— 激发态原子发光的原因。
这四条谱线是如何产生的？？？
二、玻尔的氢原子模型理论 模型的要点
该氢原子模型是在牛顿力学和 量子论的基础上建立的。
1）定态轨道—— 电子只能在以原子核为中心的某些圆形轨道上
运动。这些轨道的能量是量子化的, 且其状态
不随时间而改变, 故称为：定态轨道。
何谓量子化？
在物理学上, 若某一物理量的变化是不连续的, 则该物理量就
第八章 原子结构
§8.1氢原子光谱和玻尔理论 一、氢原子光谱
1、 光谱——复合光经过色散系统分光后，按波长（或频率）的大 小依次排列的图案。 红外光谱(0.75m ~ 1000 m)
按波长区域划分 可见光谱(400nm ~ 750nm) 紫外光谱(10nm ~ 400nm)
按光谱的表 观形态划分
连续光谱 各种波长的光连续分布形成的光谱 线状光谱 只有几条亮线组成的不连续光谱
如太阳光通过三棱 镜后形成的光谱：
氢光谱
任何原子被激发时（火花、电弧或其 它方法），都可发射线状光谱，所以线 状光谱又称原子光谱。
最简单的原子光谱——氢原子光谱
低压氢气在高压下放 电发光,经过棱镜分光 后,可得氢原子光谱。
每种原子都有它 自己的特征光谱
从屏幕上可见光区内观察到以下四条谱线：
Hα
Hβ Hγ Hδ