大学化学课件第二章--物质结构基础
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基础化学第二章
态；
2）.纯液体（或纯固体）物质的标准态就是标准压力p下的纯液体 （或纯固体）。
3）溶液中溶质的标准态是指标准压力p下溶质的浓度为1mol.l-1时
的理想溶液。 必须注意!!!!!!!
在标准态的规定中指规定了压力p，并没有规定温度
（3）标准摩尔反应焓变rHm 标准摩尔反应焓：反应物和产物均处于温度为T的热力学标准态下 0 Δ H 表示，单位是kJ· mol-1 反应进度为1mol时的焓变。用符号 r m (T) 即：对于任一反应：
B 表示B物质的化学计量数，其对反 式中B表示反应式中任一物质。 应物取负值，对产物取正值，是一个没有单位的纯数。
B
3、热化学方程式 表明化学反应与反应热关系的化学反应方程式叫热化学反应方程式。 例如：下列反应中的各物质在热化学标准态及298 K下的热化学方 程式为： C(s) + O2(g)CO2(g) ，rHm = -394.4kJ· mol-1 1 O2(g) H2O(l) ，rHm = -285.85 kJ· mol-1 2 1 H2O(g) H2(g) + O2(g) ，rHm = 241.84 kJ· mol-1 2 书写热化学方程式时应注意以下几点： (1)正确书写出化学计量式，同一反应，不同的化学计量方程式， 其反应热的数值不同 C(石墨)＋O2(g)＝CO2(g) ， rHm＝－393.509kJmol－１ H2(g) + 1/2C(石墨)＋1/2O2(g)＝1/2CO2(g) ，rHm＝－1/2393.509kJmol-1
C(s) +
C(s) +1/2 O2(g) CO(g)
可以设计如下过程
， rHmø = -110.5kJ· mol-1
物质结构基础知识 人教课标版精选教学PPT课件
• 续表
晶体 类型
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体 （不要求）
物导 理电 性情 质况
晶体不导 电；能溶 于水的其 水溶液导 电；熔化 导电
有 如 体 金 电的 硅 ， 刚S能是石iO导半不2导导电、，晶溶电水电导体于离溶；电不水的液熔导后，可化能其导不电，晶 熔体 化导 导电 电；
氯化钠、 金刚石、晶 实例 氢氧化钠、 体硅、二氧
5
• 2.前18号元素原子结构的特殊性
•
(1)原子核中无中子的是11 H 。
• (2)最外层电子数等于次外层电子数的元
素 元 层有素数BHe、2有、倍BA的er、元H，A素el最、有外C、；层S最电外子层数电等。子于数电等子于层电数子的
6
• 3.特殊粒子
• (1)10电子微粒
•
分子：Ne、HF、H2O、NH3、CH4;阳
32
•
（考查核外电子排布规律和化
学键知识的综合运用）元素A和元素B的原
子序数均小于18，已知A元素原子的最外
层电子数为a，次外层电子数为b，B元素
原子的M层电子数为(a-b)，L层电子数为
(为a+b)，则氧A，元(或两素O种为) 元素形成的，化硅B元学(或素键Si为)
键。
共价
33
•
当M层有电子时，L层的电子数必
4
电子层序数
1 2 34 5 67
电子层符号
K L MN O PQ
电子层与核的距离 （ 近 ）
（ 远）
电子能量大小
（ 低）
（高）
•
②原子核外各电子层最多容纳2n2 个
电子。
• ③原子最外层电子数目最多不超过8 。
大学无机化学课件
化学与化工学院
分压的求解
等温等容下：
nBRT nRT pB = nB = x pB = p= B V V p n nB pB = p = xB p n
χ 音：chi 喜
化学与化工学院
例题
某容器中含有NH3、O2 、N2等气体的混合物。 取样分析后，其中 n(NH3)=0.320mol， n(O2)=0.180mol， n(N2)=0.700mol， 混合气体的总压 p=133.0kPa。 试计算各组分气体的分压。
严格遵守理想气体状态方程的气体称为理想 气体。
化学与化工学院
理想气体状态方程式的应用
计算p，V，T，n四个物理量之一。 pV=nRT 用于温度不太低，压力不太高的真实气体。 气体摩尔质量的计算
m mRT pV = nRT ? pV = RT ? M = m M pV n=
本文由zyd6891贡献
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化学与化工学院
自我介绍
邢彦军 副教授，留德博士后 化学与化工学院无机化学教研室 Tel： 67792308 （松江校区） e-mail: xingyj@
化学与化工学院
1 物质的量
七个国际单位制中的一个基本物理量 描述物质性质 基本单位――摩尔(mol) 摩尔是一系统的物质的量，该系统中所含的微粒 （基本原体）的数目与12克碳( 12 C )的原子数目相 6 同，则这个系统物质的量为1摩尔。 使用摩尔时，应指明微粒类型，它可以是原子、 分子、离子、电子以及其它粒子，或这些粒子的 特定组合 阿佛加德罗常数(NA): 6.022×1023
化学与化工学院
分压的求解
等温等容下：
nBRT nRT pB = nB = x pB = p= B V V p n nB pB = p = xB p n
χ 音：chi 喜
化学与化工学院
例题
某容器中含有NH3、O2 、N2等气体的混合物。 取样分析后，其中 n(NH3)=0.320mol， n(O2)=0.180mol， n(N2)=0.700mol， 混合气体的总压 p=133.0kPa。 试计算各组分气体的分压。
严格遵守理想气体状态方程的气体称为理想 气体。
化学与化工学院
理想气体状态方程式的应用
计算p，V，T，n四个物理量之一。 pV=nRT 用于温度不太低，压力不太高的真实气体。 气体摩尔质量的计算
m mRT pV = nRT ? pV = RT ? M = m M pV n=
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化学与化工学院
自我介绍
邢彦军 副教授，留德博士后 化学与化工学院无机化学教研室 Tel： 67792308 （松江校区） e-mail: xingyj@
化学与化工学院
1 物质的量
七个国际单位制中的一个基本物理量 描述物质性质 基本单位――摩尔(mol) 摩尔是一系统的物质的量，该系统中所含的微粒 （基本原体）的数目与12克碳( 12 C )的原子数目相 6 同，则这个系统物质的量为1摩尔。 使用摩尔时，应指明微粒类型，它可以是原子、 分子、离子、电子以及其它粒子，或这些粒子的 特定组合 阿佛加德罗常数(NA): 6.022×1023
化学与化工学院
大学化学电子课件
Atomic radii (in pm)
Li Be
157 112
B
88
C
77
N
74
O F
66 64
Na Mg
191 160
Al Si P S
143 118 110 104
Cl
99
K
235
Ca Sc Ti V
197 164 147 135
Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br
制作:张思敬等
理学院化学系
8
第2章 物质结构基础 章
Chapter 2 Basic of Substance Structure
本章教学要求
1. 了解原子核外电子运动的基本特征，明确量子数的取值规 了解原子核外电子运动的基本特征， 了解原子轨道和电子云的空间分布。 律，了解原子轨道和电子云的空间分布。 2. 掌握核外电子排布的一般规律及其与元素周期表的关系。 掌握核外电子排布的一般规律及其与元素周期表的关系。 3. 了解化学键的本质及键参数的意义。 了解化学键的本质及键参数的意义。 4. 了解杂化轨道理论的要点，能应用该理论判断常见分子 了解杂化轨道理论的要点， 的空间构型、极性等。 的空间构型、极性等。 5. 了解分子间作用力以及晶体结构与物质物理性质的关系。 了解分子间作用力以及晶体结构与物质物理性质的关系。
制作:张思敬等
理学院化学系
5
课件内容
第1章 化学的发展 章 第2章 物质结构基础 章 第3章 气体反应 大气污染 章 第4章 热化学 能源 章 第5章 水溶液中的反应 水污染 章 第6章 配位化合物 章 第7章 电化学 金属材料腐蚀 章 第8章 金属化学与材料 章 第9章 非金属化学与材料 章 第10章 高分子化合物与材料 章 第11章 表面与胶体化学 章 第12章 生命活动与化学 章
大学普通化学-课件
。
04
化学实验基础
实验安全与操作规范
01
实验安全须知
了解实验中可能存在的危险因素 ，遵守实验室安全规定，确保自 身和他人安全。
02
实验操作规范
03
实验器材使用
掌握实验操作流程，严格按照实 验步骤进行操作，避免因操作不 当引发事故。
正确使用实验器材，了解各类器 材的用途、使用方法和注意事项 。
实验设计与数据处理
有机化合物与高分子材料
01
02
03
04
有机化合物是指含碳元素的化 合物，其种类繁多，性质各异
。
有机化合物在工业、农业、医 药、环保等领域具有广泛的应 用，如塑料、合成纤维、农药
等。
高分子材料是指分子量较大的 有机化合物，其具有优良的力
学性能和化学稳定性。
高分子材料在工业、农业、交 通、通讯等领域具有广泛的应 用，如合成橡胶、合成纤维等
化学在工业生产中的应用
农业
化肥、农药、植物生长调节剂等。
制造业
材料合成、表面处理、电镀等。
能源
石油、天然气、太阳能等的开采和利用。
环保
污水处理、大气治理等。
化学前沿科技与发展趋势
纳米技术
纳米材料、纳米药物等。
绿色化学
环境友好型的合成方法、反应 条件等。
生物技术
基因工程、蛋白质工程等。
新能源
燃料电池、太阳能电池等。
大学普通化学-课件
目录
• 化学基本概念 • 化学反应原理 • 元素与化合物性质 • 化学实验基础 • 化学应用与前沿科技
01
化学基本概念
化学的定义与性质
总结词
理解化学的本质和特性是学习化学的基础。
04
化学实验基础
实验安全与操作规范
01
实验安全须知
了解实验中可能存在的危险因素 ，遵守实验室安全规定，确保自 身和他人安全。
02
实验操作规范
03
实验器材使用
掌握实验操作流程，严格按照实 验步骤进行操作，避免因操作不 当引发事故。
正确使用实验器材，了解各类器 材的用途、使用方法和注意事项 。
实验设计与数据处理
有机化合物与高分子材料
01
02
03
04
有机化合物是指含碳元素的化 合物，其种类繁多，性质各异
。
有机化合物在工业、农业、医 药、环保等领域具有广泛的应 用，如塑料、合成纤维、农药
等。
高分子材料是指分子量较大的 有机化合物，其具有优良的力
学性能和化学稳定性。
高分子材料在工业、农业、交 通、通讯等领域具有广泛的应 用，如合成橡胶、合成纤维等
化学在工业生产中的应用
农业
化肥、农药、植物生长调节剂等。
制造业
材料合成、表面处理、电镀等。
能源
石油、天然气、太阳能等的开采和利用。
环保
污水处理、大气治理等。
化学前沿科技与发展趋势
纳米技术
纳米材料、纳米药物等。
绿色化学
环境友好型的合成方法、反应 条件等。
生物技术
基因工程、蛋白质工程等。
新能源
燃料电池、太阳能电池等。
大学普通化学-课件
目录
• 化学基本概念 • 化学反应原理 • 元素与化合物性质 • 化学实验基础 • 化学应用与前沿科技
01
化学基本概念
化学的定义与性质
总结词
理解化学的本质和特性是学习化学的基础。
大学化学精品课件 结构化学
• 黑体辐射实验结果
• 经典理论无论如何也得不出这种有极大值的曲 线。 • ⑸ 能量量子化–1900 Planck： • 黑体辐射能量做简谐振动，只发射或吸收频率 为ν ν、数值为ε= h ν的整数倍的电磁能，发 射能量可以等于0 h ν，1 h ν，2 h ν，…， n h ν（n为整数）。 • 黑体辐射频率为ν的能量，其数值是不连续的， 只能是hv的整数倍即能量量子化。
一个带小孔的空腔可视为黑体表面。它几乎完全 吸收入射幅射。通过小孔进去的光线碰到内和部分漫反射 一个吸收全部入射线的表面称为黑体表面。 …… ，只有很小部分入射光有 一个带小孔的空腔可视为黑体表面。它几 机会再从小孔中出来。
乎完全吸收入射幅射。通过小孔进去的光 线碰到内表面时部分吸收，部分漫反射， 反射光线再次被部分吸收和部分漫反 射……, 只有很小部分入射光有机会再从小 孔中出来。如图1-1所示。
结构化学
• 绪论 • 1、结构化学 • 用化学手段和方法研究物质结构的科学称为结 构化学，又叫物质结构。 • 2、研究对象 • 结构化学是研究原子、分子和晶体的微观结构， 研究原子和分子运动规律，研究物质的结构和 性能关系的科学。
• 3、结构化学的作用 • ★1998年诺贝尔化学奖获得者Kohn和 Pople认为：“量子化学已经发展成为广大化 学家所使用的工具，将化学带入一个新时代， 在这个新时代里实验和理论能够共同协力探讨 分子体系的性质。化学不再是纯粹的“实验科 学”了。 • ★当我们从自然界或实验室获得一种新的化学 物质时，首要的任务是测定它们的详尽结构。 结构化学还为我们分析化学物质的性质并进而 进行人工合成打下基础。
• 4、Nobel Prizes ---in structural chemistry • •维兰德(1877～1957) • 德国化学家1924年测定了胆酸及多种同类物 质的化学结构，于1927年获奖。胆酸存在于 动物胆汁中，在人体内帮助油脂的水解和吸收， 降低血液中胆固醇含量。 • •H.费舍尔(1881～1945) • 德国化学家1921至1929年测定了血红素结 构，指出血红素参与生物体内氧的输送； 1927至1939年确定了叶绿素的分子结构。 于1930年获奖。
普通化学-物质结构基础 ppt课件
例5.2 写出Z=24的铬元素的电子排布式
思考：29号元素的的电子排布式如何？
1s22s22p63s23p63d104s1 外层电子的排布式，称为特征电子构型 P207-8
例5.3 写出26Fe原子的核外电子分布式和特征电子构型以及Fe3+离子的特征电子构型。
元素周期表分区
P205-7 207-3
sp3杂化轨道成键特征：
4个键指向正四面体的四个 顶点，键角为109°28'。
例如：
CH4, CX4, C(金刚 石),SiC等。
H
H
CH H
甲烷的空间构型
附图5.16 sp3杂化轨道
杂化轨道的应用(续) P205-11
sp3不等性杂化
氨分子中N原子可以进行sp3杂化形成不等性sp3杂化轨道。
N原子不等性sp3杂化轨道成键特征：
思考：NaCl晶体中钠离子与氯离子之间、金属铜中铜原子与铜原子之间，H2O
中氢原子与氧原子之间各有什么键？ 答：NaCl晶体中钠离子与氯离子之间是离子键；金属铜中铜与铜之间是金 属键，在水中， H2O分子中H原子与O原子之间存在共价键， H2O间存在分 子间作用力和氢键。
共价键的特性 P205-10
键
键
图5.15 s键和p键重叠方式示意图
图5.16 氮分子中三 键示意图
5. 分子轨道理论
当原子形成分子后，电子不再局限于原来的原子轨道， 而是属于整个分子的分子轨道。
分子轨道由组成分子的原子轨道组合产生，组合前后轨道总数不变。 组合前后系统的总能量不变 组合前原子轨道中所有的电子在组合分子轨道中重新分布，分 布法则与电子在原子轨道中的排布类似。
分子的空间构型和杂化轨道理论
2) 杂化轨道的应用
思考：29号元素的的电子排布式如何？
1s22s22p63s23p63d104s1 外层电子的排布式，称为特征电子构型 P207-8
例5.3 写出26Fe原子的核外电子分布式和特征电子构型以及Fe3+离子的特征电子构型。
元素周期表分区
P205-7 207-3
sp3杂化轨道成键特征：
4个键指向正四面体的四个 顶点，键角为109°28'。
例如：
CH4, CX4, C(金刚 石),SiC等。
H
H
CH H
甲烷的空间构型
附图5.16 sp3杂化轨道
杂化轨道的应用(续) P205-11
sp3不等性杂化
氨分子中N原子可以进行sp3杂化形成不等性sp3杂化轨道。
N原子不等性sp3杂化轨道成键特征：
思考：NaCl晶体中钠离子与氯离子之间、金属铜中铜原子与铜原子之间，H2O
中氢原子与氧原子之间各有什么键？ 答：NaCl晶体中钠离子与氯离子之间是离子键；金属铜中铜与铜之间是金 属键，在水中， H2O分子中H原子与O原子之间存在共价键， H2O间存在分 子间作用力和氢键。
共价键的特性 P205-10
键
键
图5.15 s键和p键重叠方式示意图
图5.16 氮分子中三 键示意图
5. 分子轨道理论
当原子形成分子后，电子不再局限于原来的原子轨道， 而是属于整个分子的分子轨道。
分子轨道由组成分子的原子轨道组合产生，组合前后轨道总数不变。 组合前后系统的总能量不变 组合前原子轨道中所有的电子在组合分子轨道中重新分布，分 布法则与电子在原子轨道中的排布类似。
分子的空间构型和杂化轨道理论
2) 杂化轨道的应用
《化学高二物质结构》PPT课件
l = 1， m = 0 , 1
1/2 3p (3)
l = 2， m = 0 , 1， 2 1/2 3d (5)
n=4 ?
16
精选ppt
每层 电子
2 8 8
32
3
4、原子结构与元素性质
• 原子半径 • 第一电离能 • 电负性
精选ppt
4
第二章 化学键与分子间作用力
一.共价键的形成、本质、形成条件、表示方 法、特征、参数、类型
晶体类型 金属晶体
离子晶体
原子晶体 分子晶体
晶体粒子 金属阳离子、 阴、阳离子 原子 自由电子
分子
粒子间作 金属键 用力
离子键
共价键
分子间作用 力
熔沸点 一般较高， 较高 少部分低 ,
很高
较低
硬度
一般较硬， 较硬 少部分软
很硬 一般较软
导电性
良导体
固体不导电， 熔化或溶于水 后导电
不导电 （硅半导 体）
3、色散力：原子核、核外电子不停运动， 当分子靠近瞬间，分子之间产生静电引力。
范德华力的实质： 电性作用
范德华力的特征： 无饱和性，无方向性
精选ppt
30
沸点/℃100
H2O
75
50
25 HF
0 -25
NH3 -50
-75 -100 -125
H2S
HCl
PH3
SiH4×
H2Se AsH3
HBr
×
GeH4
Na Mg Al Si P S Cl Ar
在短周期元素组成的物质中，与NO2－互为 等电子体的分子有： O3 、 SO2 。
精选ppt
21
键的极性 键角 决定 分子的空
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波尔模型是带心铁环状原子，后来实验测定的是球形 原子。
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§2-2 原子的量子力学模型
一、微观粒子的波粒二象性 二、核外电子运动状态的描述 三、原子轨道和电子云的图像
一、微观粒子的波粒二象性
1、光的波粒二象性
惠更斯的波动学 光是发光体在周围空间里引起的弹性振动而形成
的一种波，不同波长的波产生不同颜色的光，白光 则是各种单色波混合形成的，波动性表现为：光的 干涉、衍射和偏振。
§2-1 氢原子光谱和波尔理论 §2-2 原子的量子力学模型 §2-3 原子核外电子结构 §2-4 元素基本性质的论
原子结构理论的发展简史 一、古代希腊的原子（元素）理论 二、道尔顿的原子理论 三、卢瑟福的行星式原子模型 四、氢原子光谱 五、玻尔理论
1808年，英国化学家道尔 顿（John Dalton）建立了原 子论。几乎统一解释了当时 所有的化学现象和经验定律 。
二、道尔顿的原子理论
基本要点： 物质的最小组成单位为原子，原子不能创造、不能 毁灭、不能分割； 同种元素的原子其形状、质量和性质均相同，不同 元素的原子则不同； 原子以简单的比例结合成化合物。 缺陷： 不能解释同位素的发现；没有说明原子和分子的区 别；未能阐释原子的具体组成和结构。
一、微观粒子的波粒二象性
如果微粒的运动位置测得愈准确，则相应的速 度愈不易测准，反之亦然。这就是测不准原理。
测不准原理其中的一种表达形式为：物质的坐 标位置的不确定度ΔX和动量的不确定度ΔP的乘 积，遵循下面的关系式：
三、卢瑟福的行星式原子模型
卢瑟福(E．Rutherford)提出含核原子模型。他 认为原子的中心有一个带正电的原子核(atomic nucleus)，电子在它的周围旋转，由于原子核和 电子在整个原子中只占有很小的空间，因此原子 中绝大部分是空的。
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三、卢瑟福的行星式原子模型
原子的直径约为10-10 m，电子的直径约为10-15 m ，原子核的直径约在10-16 m-10-14 m之间。电子的 质量极小，原子的质量几乎全部集中在核上。但卢 瑟福的理论不能精确指出原子核上的正电荷数。
一、微观粒子的波粒二象性
粒子性 波动性
宏观粒子
实物微粒
服从牛顿力学， 不服从牛顿力学，
有可预测的运动 无法预测运动规
轨道
律
无波动性
有波动性，其分 布具有几率性
一、微观粒子的波粒二象性
2、测不准原理
在经典力学中，我们能准确 地同时测定一个宏观物体的位 置和动量。
1927年，德国物理学家海森 堡指出，对于波粒二象性的微 粒而言，不可能同时准确测定 它们在某瞬间的位置和速度(或 动量)。
大学化学
中国矿业大学化工学院
第二章 物质结构基础（上）
要点：
原子结构：氢原子光谱，微观粒子的波粒二象 性，海森堡测不准关系，薛定谔方程与量子数， 多电子原子核外电子的排布与元素周期律。 分子结构：共价键理论，分子间作用力和氢键。
关键：电子具有量子性、统计性和波粒二象性
16:50
第二章 物质结构基础（上）
三、卢瑟福的行星式原子模型
行星模型的失败在于：按经典物理学，一个绕核急 速旋转的电子，必定要连续不断地发射辐射能，直到 电子落入原子核，使原子失去原有特性，但事实上不 存在这种情形，电子不出现“塌陷”问题。
矛盾：1. 核外电子不会毁灭 2. 原子光谱是不连续的，是线状的
四、氢原子光谱
1.光和电磁辐射
光的传播
一、微观粒子的波粒二象性
牛顿的微粒说 1887年人们发现了光电效应，说明光具有粒
子性。光源是微粒源，不同种类的微粒有不同 的颜色，白光则是各种不同微粒的混合物。微 粒性表现有：光的透射、反射和折射。
一、微观粒子的波粒二象性
爱因斯坦的光子学说 光既有波动性，又有粒子
性：波粒二象性，成功解释 光电效应。
玻尔理论的成功之处与局限性
玻尔理论可以很好地解释氢原子光谱，当电子从n = 3，4，5，6轨道跳回n = 2的轨道时，可以计算出四个 波长恰好为可见光区的四条谱线波长。
玻尔理论虽然引入了量子理论，但没有摆脱经典力 学的束缚，他的电子绕核运动的固有轨道的观点不符合 微观粒子运动的特性，不能解释多电子的原子光谱。
一、古希腊的原子（元素）理论
公元前5世纪，古希腊哲学家留基波（Leu Cippus ）和德谟克里特（Domo Critus）提出: 物质是由最微小、最坚硬、不可入、不可分的微粒 组成，并将这种微粒定义为“原子”。宇宙万物是 由不同数目、不同形状的原子按不同的排列方式而 构成的。
二、道尔顿的原子理论
红
橙
黄绿
青蓝
紫
连续光谱
四、氢原子光谱
2. 氢原子光谱实验示意图
16:50
五、玻尔理论
玻尔为了解释原子光谱， 将普朗克量子论应用于含核原 子模型，根据辐射的不连续性 和氢原子光谱有间隔的特性， 推论原子中电子的能量也不可 能是连续的，而是量子化的。
玻尔理论
三点假设： ①定态轨道假设：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。 ②轨道的能量（量子化）假设：离核最近，能量最
低—基态；离核越远，能量越高—激发态；轨道能量 量子化。
③能量的吸收与释放假设：电子获得能量从低能级 跃迁到高能级；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。
玻尔理论
玻尔的假说解决了如下几个问题： （1）激发态原子为什么会发射出光射线。 （2）原子辐射能量的不连续性，氢光谱波长的不连 续性。 （3）比较好地说明了氢光谱线频率的规律性（即里 德堡公式）。
p
h
一、微观粒子的波粒二象性
德布罗依的假设 1924年，法国物理学家德布罗意提出了实物微
粒 (静止质量不等于零的微粒，如电子、中子、质 子、原子和分子等实物微粒) 也有波动性的假设。 这意味着实物微粒运动也具有波动性，与其相适 应的波长为：
= h/p = h/mv
实物微粒波也称为德布罗意波。电子衍射实验证实 了德布罗意的假设，后来采用中子、质子、氢原子和 氦原子等粒子流，也同样能观察到衍射现象，充分证 明了实物微粒具有波动性。由此可见，波粒二象性是 微观体系的普遍现象。
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§2-2 原子的量子力学模型
一、微观粒子的波粒二象性 二、核外电子运动状态的描述 三、原子轨道和电子云的图像
一、微观粒子的波粒二象性
1、光的波粒二象性
惠更斯的波动学 光是发光体在周围空间里引起的弹性振动而形成
的一种波，不同波长的波产生不同颜色的光，白光 则是各种单色波混合形成的，波动性表现为：光的 干涉、衍射和偏振。
§2-1 氢原子光谱和波尔理论 §2-2 原子的量子力学模型 §2-3 原子核外电子结构 §2-4 元素基本性质的论
原子结构理论的发展简史 一、古代希腊的原子（元素）理论 二、道尔顿的原子理论 三、卢瑟福的行星式原子模型 四、氢原子光谱 五、玻尔理论
1808年，英国化学家道尔 顿（John Dalton）建立了原 子论。几乎统一解释了当时 所有的化学现象和经验定律 。
二、道尔顿的原子理论
基本要点： 物质的最小组成单位为原子，原子不能创造、不能 毁灭、不能分割； 同种元素的原子其形状、质量和性质均相同，不同 元素的原子则不同； 原子以简单的比例结合成化合物。 缺陷： 不能解释同位素的发现；没有说明原子和分子的区 别；未能阐释原子的具体组成和结构。
一、微观粒子的波粒二象性
如果微粒的运动位置测得愈准确，则相应的速 度愈不易测准，反之亦然。这就是测不准原理。
测不准原理其中的一种表达形式为：物质的坐 标位置的不确定度ΔX和动量的不确定度ΔP的乘 积，遵循下面的关系式：
三、卢瑟福的行星式原子模型
卢瑟福(E．Rutherford)提出含核原子模型。他 认为原子的中心有一个带正电的原子核(atomic nucleus)，电子在它的周围旋转，由于原子核和 电子在整个原子中只占有很小的空间，因此原子 中绝大部分是空的。
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三、卢瑟福的行星式原子模型
原子的直径约为10-10 m，电子的直径约为10-15 m ，原子核的直径约在10-16 m-10-14 m之间。电子的 质量极小，原子的质量几乎全部集中在核上。但卢 瑟福的理论不能精确指出原子核上的正电荷数。
一、微观粒子的波粒二象性
粒子性 波动性
宏观粒子
实物微粒
服从牛顿力学， 不服从牛顿力学，
有可预测的运动 无法预测运动规
轨道
律
无波动性
有波动性，其分 布具有几率性
一、微观粒子的波粒二象性
2、测不准原理
在经典力学中，我们能准确 地同时测定一个宏观物体的位 置和动量。
1927年，德国物理学家海森 堡指出，对于波粒二象性的微 粒而言，不可能同时准确测定 它们在某瞬间的位置和速度(或 动量)。
大学化学
中国矿业大学化工学院
第二章 物质结构基础（上）
要点：
原子结构：氢原子光谱，微观粒子的波粒二象 性，海森堡测不准关系，薛定谔方程与量子数， 多电子原子核外电子的排布与元素周期律。 分子结构：共价键理论，分子间作用力和氢键。
关键：电子具有量子性、统计性和波粒二象性
16:50
第二章 物质结构基础（上）
三、卢瑟福的行星式原子模型
行星模型的失败在于：按经典物理学，一个绕核急 速旋转的电子，必定要连续不断地发射辐射能，直到 电子落入原子核，使原子失去原有特性，但事实上不 存在这种情形，电子不出现“塌陷”问题。
矛盾：1. 核外电子不会毁灭 2. 原子光谱是不连续的，是线状的
四、氢原子光谱
1.光和电磁辐射
光的传播
一、微观粒子的波粒二象性
牛顿的微粒说 1887年人们发现了光电效应，说明光具有粒
子性。光源是微粒源，不同种类的微粒有不同 的颜色，白光则是各种不同微粒的混合物。微 粒性表现有：光的透射、反射和折射。
一、微观粒子的波粒二象性
爱因斯坦的光子学说 光既有波动性，又有粒子
性：波粒二象性，成功解释 光电效应。
玻尔理论的成功之处与局限性
玻尔理论可以很好地解释氢原子光谱，当电子从n = 3，4，5，6轨道跳回n = 2的轨道时，可以计算出四个 波长恰好为可见光区的四条谱线波长。
玻尔理论虽然引入了量子理论，但没有摆脱经典力 学的束缚，他的电子绕核运动的固有轨道的观点不符合 微观粒子运动的特性，不能解释多电子的原子光谱。
一、古希腊的原子（元素）理论
公元前5世纪，古希腊哲学家留基波（Leu Cippus ）和德谟克里特（Domo Critus）提出: 物质是由最微小、最坚硬、不可入、不可分的微粒 组成，并将这种微粒定义为“原子”。宇宙万物是 由不同数目、不同形状的原子按不同的排列方式而 构成的。
二、道尔顿的原子理论
红
橙
黄绿
青蓝
紫
连续光谱
四、氢原子光谱
2. 氢原子光谱实验示意图
16:50
五、玻尔理论
玻尔为了解释原子光谱， 将普朗克量子论应用于含核原 子模型，根据辐射的不连续性 和氢原子光谱有间隔的特性， 推论原子中电子的能量也不可 能是连续的，而是量子化的。
玻尔理论
三点假设： ①定态轨道假设：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。 ②轨道的能量（量子化）假设：离核最近，能量最
低—基态；离核越远，能量越高—激发态；轨道能量 量子化。
③能量的吸收与释放假设：电子获得能量从低能级 跃迁到高能级；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。
玻尔理论
玻尔的假说解决了如下几个问题： （1）激发态原子为什么会发射出光射线。 （2）原子辐射能量的不连续性，氢光谱波长的不连 续性。 （3）比较好地说明了氢光谱线频率的规律性（即里 德堡公式）。
p
h
一、微观粒子的波粒二象性
德布罗依的假设 1924年，法国物理学家德布罗意提出了实物微
粒 (静止质量不等于零的微粒，如电子、中子、质 子、原子和分子等实物微粒) 也有波动性的假设。 这意味着实物微粒运动也具有波动性，与其相适 应的波长为：
= h/p = h/mv
实物微粒波也称为德布罗意波。电子衍射实验证实 了德布罗意的假设，后来采用中子、质子、氢原子和 氦原子等粒子流，也同样能观察到衍射现象，充分证 明了实物微粒具有波动性。由此可见，波粒二象性是 微观体系的普遍现象。