无机及分析化学之物质结构基础PPT课件
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根据当时的物理学概念, 带电微粒 在力场中运动时总要产生电磁辐射 并逐渐失去能量, 运动着的电子轨 道会越来越小, 最终将与原子核相 撞并导致原子毁灭。由于原子毁灭 的事实从未发生, 将经典物理学概 念推到前所未有的尴尬境地。
6
四、近代原子结构理论——氢原子光谱
波的微粒性
Plank 的量子论 Einstein 的光子学说 电子微粒性的实验
第4章 物质结构基础
4.1 原子结构的近代理论 4.2 核外电子运动状态 4.3 原子电子层结构和元素周期系 4.4 离子键 4.5 价键理论 4.6 杂化轨道理论 4.7 分子间作用力和氢键 4.8 晶体结构
1
本章重、难点
1.重点内容：四个量子数，核外电子排布， 周期性，共价键。
2.难点内容：波函数、原子轨道与电子云 角度分布图形，原子轨道与核外电子运动 状态的量子数，原子核外电子排布式，杂 化轨道理论。
λ = 6.6 × 10-35 m
16
实物颗粒的质量、速度与波长的关系
实物
1V电压加速的电子
100V电压加速的电子 1000V电压加速的电
子 10000V电压加速的电
子 He原子（300K）
Xe原子（300K）
垒球
枪弹
质量m/kg 9.1×10-31 9.1×10-31 9.1×10-31 9.1×10-31 6.6×10-27 2.3×10-25 2.0×10-1 1.0×10-2
对高速运动着的质量很小的微观物体，如核外电 子，就要考察其波动性。
电子波的应用——扫描电子显微镜 Scanning Electron Microscope
3
二、道尔顿(J. Dolton) 的原子理论：
每一种化学元素有一种原子； 同种原子质量相同，不同种
原子质量不同； 原子不可再分; 一种原子不会转变为另一种
原子; 化学反应只是改变了原子的
结合方式,使反应前的物质变 成反应后的物质
4
三、卢瑟福(E.Rutherford 的行星式原子模型
导致了人们 对波的深层次认 识，产生了讨论 波的微粒性概念 为基础的学科 量子力学
(quantum mechanics）。
7
电磁波的微粒性
电磁波是通过空间传播的能量。可见光只不过是电 磁波的一种 。
电磁波在有些情况下表现出连续波的性质，另一些情况下 则更像单个微粒的集合体，后一种性质叫作波的微粒性。
8
Plank 公式
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 为 6.626×10-34 J·s。
9
普朗克认为, 物体只能按hv的整数倍(例如1hv, 2hv, 3hv等)一份一份地吸收或释出光能, 而不可 能是0.5 hv, 1.6 hv, 2.3 hv等任何非整数倍。即所 谓的能量量子化概念。量子化是微观领域的重要 特征。
普朗克提出了当时物理学界一种全新的概念,
但它只涉及光作用于物体时能量的传递过程( 即吸收或释出)。
10
光电效应
1905年, 爱因斯坦(Einstein A)成功地将能量量子化概 念扩展到光本身,解释了光电效应(photoelectric effect) 。
11
爱因斯坦认为, 入射光本身的能量也按普朗克方 程量子化, 并将这一份份数值为1hv的能量叫光子 (photons), 一束光线就是一束光子流. 频率一定 的光子其能量都相同, 光的强弱只表明光子的多 少, 而与每个光子的能量无关。 爱因斯坦对光电效应的成功解释最终使光的微 粒性为人们所接受。
Rutherford “太阳-行星模型 ”的要点 ： 1. 所有原子都有一个核即原子核； 2. 核的 体积只占整个原子体积极小的一部分； 3. 原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上 ； 4. 电子像行星绕着太阳那样绕核运动。
5
行星式原子模型面临的窘境 在对粒子散射实验结果的解释上, 新模型的成功 是显而易见的, 至少要点中的前三点是如此。
h / mv h / p
h 6.626 1034
著名的德布罗依关系式
14
微粒波动性的近代证据 —电子的波粒二象性
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。
K
DM
V
P
实验原理
灯光源 X射线管
电子源
(a)
(b)
15
波粒二象性是否只有微观物体才具有？ 微观粒子电子：
m 9.10 1031kg, v 106 ~ 107 m.s1
由
h mv
106 m s1, 107 m s1,
7.361010 m 7.36109 m
宏观物体子弹：
m = 1.0 ×10-2 kg, ν = 1.0 × 103 m ∙ s-1,
速度v/(m.s-1) 5.9×105 5.9×106 1.9×107 5.9×107 1.4×103 2.4×102 30 1.0×103
波长λ/pm 1200 120 37 12 72 12
1.1×10-22 6.6×10-23
17
由于宏观物体的波长极短以致无法测量，所以宏 观物体的波长就难以察觉，主要表现为粒性，服 从经典力学的运动规律。只有像电子等质量极小 的微粒才具有与X射线数量级相近的波长,才符合 德布罗依公式。
2
Байду номын сангаас
4.1 原子结构的近代理论 4.1.1 微观粒子的波粒二象性
原子结构理论的发展简史
一、古代希腊原子理论
德谟克利特(公元前) ：一切物质都由微粒组成， 这种微粒无限小，世上没有比它再小的东西， 因此它是不可再分。无数的原子在无限的空间 或“虚空”中运行；原子是永恒存在的，没有 起因,“不可分”，也看不见，相互间只有形状、 排列、位置和大小之区别。
12
微粒的波动性
波动性的直接证据 — 光的衍射和绕射
灯光源
德布罗依1924 年说： “ 过去，对光过分强调波性而忽视它的粒性；现
在对电子是否存在另一种倾向，即过分强调它的粒 性而忽视它的波性。”
13
1927年, 德布罗意（de Broglie 1892-1987）在他的博 士论文中大胆地假定：所有的实物粒子都具有跟光 一样的波粒二象性，引起科学界的轰动。
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四、近代原子结构理论——氢原子光谱
波的微粒性
Plank 的量子论 Einstein 的光子学说 电子微粒性的实验
第4章 物质结构基础
4.1 原子结构的近代理论 4.2 核外电子运动状态 4.3 原子电子层结构和元素周期系 4.4 离子键 4.5 价键理论 4.6 杂化轨道理论 4.7 分子间作用力和氢键 4.8 晶体结构
1
本章重、难点
1.重点内容：四个量子数，核外电子排布， 周期性，共价键。
2.难点内容：波函数、原子轨道与电子云 角度分布图形，原子轨道与核外电子运动 状态的量子数，原子核外电子排布式，杂 化轨道理论。
λ = 6.6 × 10-35 m
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实物颗粒的质量、速度与波长的关系
实物
1V电压加速的电子
100V电压加速的电子 1000V电压加速的电
子 10000V电压加速的电
子 He原子（300K）
Xe原子（300K）
垒球
枪弹
质量m/kg 9.1×10-31 9.1×10-31 9.1×10-31 9.1×10-31 6.6×10-27 2.3×10-25 2.0×10-1 1.0×10-2
对高速运动着的质量很小的微观物体，如核外电 子，就要考察其波动性。
电子波的应用——扫描电子显微镜 Scanning Electron Microscope
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二、道尔顿(J. Dolton) 的原子理论：
每一种化学元素有一种原子； 同种原子质量相同，不同种
原子质量不同； 原子不可再分; 一种原子不会转变为另一种
原子; 化学反应只是改变了原子的
结合方式,使反应前的物质变 成反应后的物质
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三、卢瑟福(E.Rutherford 的行星式原子模型
导致了人们 对波的深层次认 识，产生了讨论 波的微粒性概念 为基础的学科 量子力学
(quantum mechanics）。
7
电磁波的微粒性
电磁波是通过空间传播的能量。可见光只不过是电 磁波的一种 。
电磁波在有些情况下表现出连续波的性质，另一些情况下 则更像单个微粒的集合体，后一种性质叫作波的微粒性。
8
Plank 公式
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 为 6.626×10-34 J·s。
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普朗克认为, 物体只能按hv的整数倍(例如1hv, 2hv, 3hv等)一份一份地吸收或释出光能, 而不可 能是0.5 hv, 1.6 hv, 2.3 hv等任何非整数倍。即所 谓的能量量子化概念。量子化是微观领域的重要 特征。
普朗克提出了当时物理学界一种全新的概念,
但它只涉及光作用于物体时能量的传递过程( 即吸收或释出)。
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光电效应
1905年, 爱因斯坦(Einstein A)成功地将能量量子化概 念扩展到光本身,解释了光电效应(photoelectric effect) 。
11
爱因斯坦认为, 入射光本身的能量也按普朗克方 程量子化, 并将这一份份数值为1hv的能量叫光子 (photons), 一束光线就是一束光子流. 频率一定 的光子其能量都相同, 光的强弱只表明光子的多 少, 而与每个光子的能量无关。 爱因斯坦对光电效应的成功解释最终使光的微 粒性为人们所接受。
Rutherford “太阳-行星模型 ”的要点 ： 1. 所有原子都有一个核即原子核； 2. 核的 体积只占整个原子体积极小的一部分； 3. 原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上 ； 4. 电子像行星绕着太阳那样绕核运动。
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行星式原子模型面临的窘境 在对粒子散射实验结果的解释上, 新模型的成功 是显而易见的, 至少要点中的前三点是如此。
h / mv h / p
h 6.626 1034
著名的德布罗依关系式
14
微粒波动性的近代证据 —电子的波粒二象性
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。
K
DM
V
P
实验原理
灯光源 X射线管
电子源
(a)
(b)
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波粒二象性是否只有微观物体才具有？ 微观粒子电子：
m 9.10 1031kg, v 106 ~ 107 m.s1
由
h mv
106 m s1, 107 m s1,
7.361010 m 7.36109 m
宏观物体子弹：
m = 1.0 ×10-2 kg, ν = 1.0 × 103 m ∙ s-1,
速度v/(m.s-1) 5.9×105 5.9×106 1.9×107 5.9×107 1.4×103 2.4×102 30 1.0×103
波长λ/pm 1200 120 37 12 72 12
1.1×10-22 6.6×10-23
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由于宏观物体的波长极短以致无法测量，所以宏 观物体的波长就难以察觉，主要表现为粒性，服 从经典力学的运动规律。只有像电子等质量极小 的微粒才具有与X射线数量级相近的波长,才符合 德布罗依公式。
2
Байду номын сангаас
4.1 原子结构的近代理论 4.1.1 微观粒子的波粒二象性
原子结构理论的发展简史
一、古代希腊原子理论
德谟克利特(公元前) ：一切物质都由微粒组成， 这种微粒无限小，世上没有比它再小的东西， 因此它是不可再分。无数的原子在无限的空间 或“虚空”中运行；原子是永恒存在的，没有 起因,“不可分”，也看不见，相互间只有形状、 排列、位置和大小之区别。
12
微粒的波动性
波动性的直接证据 — 光的衍射和绕射
灯光源
德布罗依1924 年说： “ 过去，对光过分强调波性而忽视它的粒性；现
在对电子是否存在另一种倾向，即过分强调它的粒 性而忽视它的波性。”
13
1927年, 德布罗意（de Broglie 1892-1987）在他的博 士论文中大胆地假定：所有的实物粒子都具有跟光 一样的波粒二象性，引起科学界的轰动。