第九篇 结构化学基础之原子结构
高中化学原子结构
高中化学原子结构引言在高中化学中，我们经常学习原子结构这个基本概念。
原子结构是了解化学反应和性质的基础。
本文将介绍原子结构的基本概念、发现历程以及与原子结构相关的实验。
原子结构的基本概念原子是构成物质的基本单位，由带正电的原子核和围绕核运动的负电子构成。
原子中的质子带有正电荷，负电子带有负电荷，中性原子中的正电荷和负电荷相等。
质子和中子位于原子核内，而负电子则围绕原子核的能级轨道上运动。
原子中的质子和中子几乎全部集中在原子核中，其半径与整个原子相比非常小，所以原子大体上是呈现出空荡的结构。
原子的大小通常以其半径来表示。
原子结构可以用原子序数和原子量数来表示，原子序数表示元素在元素周期表中的位置，原子量数表示元素原子核中的质子和中子的总数。
原子结构的发现历程对原子结构的深入研究是经历了一个漫长的发现历程，以下是其中的几个里程碑事件：1.1897年，英国物理学家J.J.汤姆逊通过对阴极射线的研究，发现了电子的存在。
他提出了一个被称为“西瓜式模型”的原子结构模型，即原子是由正电荷均匀分布的固体核和带有负电荷的电子云构成。
2.1909年，新西兰物理学家欧内斯特·卢瑟福进行了著名的金箔实验。
在实验中，他将阿尔法粒子（α粒子）射向极薄的金箔，并观察它们的散射情况。
卢瑟福的实验结果表明，原子核的体积极小且带有正电荷，负电子则分布在核的外部，并占据了大部分的体积。
3.根据卢瑟福的实验结果，1913年，丹麦物理学家尼尔斯·玻尔提出了著名的玻尔理论。
他认为电子只能在确定的能级（轨道）上运动，并且在跃迁时会吸收或释放特定能量的光子。
4.1926年，奥地利物理学家厄温·胡克和瑞士物理学家沃尔夫·伦岑发现了量子力学的基本原理。
他们提出的波函数（或称为电子云）描述了电子的位置和运动状态。
与原子结构相关的实验为了进一步研究原子结构，科学家们进行了许多重要的实验，其中一些实验具有里程碑的意义。
原子的结构完整版PPT课件
工业领域应用
放射性同位素可用于材料 检测、无损探伤、辐射加 工等。
其他领域应用
放射性同位素还可用于科 学研究、环境保护、农业 生产等领域。
放射性同位素对环境影响及安全防护措施
对环境影响
放射性同位素衰变产生的射线会对环境和生物体造成危害，如污 染空气、水源和土壤等。
安全防护措施
为了保障人类和环境安全，需要采取一系列安全防护措施，如合 理选址、屏蔽防护、废物处理等。
放射性同位素概念及来源
放射性同位素定义
01
具有相同原子序数但质量数不同的同位素，能自发地放出射线
并转变为另一种元素。
放射性同位素来源
02
天然放射性元素和人工合成放射性元素。
放射性同位素衰变类型
03
α衰变、β衰变和γ衰变。
放射性同位素在医学、工业等领域应用
医学领域应用
放射性同位素可用于诊断 和治疗疾病，如放射性碘 治疗甲状腺疾病、PET扫 描等。
过渡元素位于周期表中间部分， 包括3~12列的元素。它们具有 多种氧化态和丰富的化学性质， 是构成众多合金和催化剂的重要
成分。
稀有气体元素
稀有气体元素位于周期表的最右 侧，它们具有稳定的8电子构型 （氦为2电子构型），化学性质 极不活泼，一般不易与其他物质
发生化学反应。
04
化学键与分子间作用 力
化学键类型及特点
分子间作用力影响物质的物理性质
分子间作用力主要影响物质的熔点、沸点、密度、硬度等物理性质。一般来说，分子间作用力越强，物质的熔点 、沸点越高，密度越大，硬度也越大。例如，氢键的存在使得水的熔沸点异常高，范德华力则主要影响由分子构 成的物质的物理性质。
05
原子光谱与能级跃迁
原子结构知识点
原子结构知识点原子是构成物质的最基本单位，了解原子结构的知识是理解化学和物理学的基础。
本文将介绍原子的基本结构以及与之相关的重要概念和理论。
1. 原子的组成原子由带正电荷的质子、不带电荷的中子和带负电荷的电子组成。
质子和中子位于原子核中心的质子核内，电子则在质子核外围的电子云中运动。
2. 元素和原子序数元素是由原子组成的。
每个元素都有一个独特的原子序数，即其原子核中质子的数量。
例如，氢的原子序数为1，氧的原子序数为8。
3. 原子质量原子质量等于其质子和中子的总质量。
通常以原子质量单位（amu）表示，其中氢的质量被定义为1 amu。
相对原子质量是相对于碳-12同位素而言的，碳-12被定义为12 amu。
4. 原子结构模型有许多原子结构模型，其中最著名的是波尔模型。
根据波尔模型，电子绕着原子核以特定能级（轨道）运动。
每个电子能级有固定的能量。
5. 电子排布根据泡利不相容原理，每个电子的量子状态是唯一的。
每个电子在能级中的能量和位置是不同的。
根据能级填充顺序，电子遵循阜那诺定律、洪特规则和保里排斥原理。
6. 原子间互作用物质的性质很大程度上取决于原子间的相互作用。
这些相互作用包括离子键、共价键和金属键。
离子键通过正负电荷之间的相互吸引力来形成，共价键则通过电子对之间的共享来形成。
7. 常见原子结构理论量子力学为理解原子结构和行为提供了理论基础。
包括德布罗意假设、波函数和薛定谔方程等理论。
这些理论描述了电子在原子中的运动轨迹和能级分布。
8. 原子光谱原子的结构和能级导致原子能够吸收和发射特定波长的电磁辐射，形成了原子光谱。
原子光谱可以用来确定元素的存在、深入研究原子结构和进一步理解光和能量的关系。
总结原子结构是一个广泛而深奥的领域，涉及物理、化学和量子力学等多个学科。
了解原子的组成、电子排布和原子间互作用等知识点，可以帮助我们更好地理解化学反应、物质性质以及电子结构的重要性。
通过研究原子结构，我们可以洞察微观世界的奥秘，并将其应用于生活和科学研究中。
九年级化学原子结构(人教版)
九年级化学原子结构(人教版)
一、介绍原子结构的概念
原子是构成物质的基本单位，而原子结构是由核和电子组成的。
这个概念对于理解化学反应和性质至关重要。
二、原子的组成部分
1. 核
核位于原子的中心，由质子和中子组成。
质子带正电，中子不
带电。
核决定了元素的质量数和核电荷数。
2. 电子
电子绕着核的轨道运动，带有负电荷。
电子的数量和排布决定
了元素的化学性质和电子结构。
三、原子的电子层结构
1. 原子殼層結構
根据电子的能级和电子排布规律，电子层可以分为K层、L层、M层等，依次向外排布。
每层都有对应的电子容纳数目限制。
2. 电子填充规则
根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布原理，原子的电子填充遵循“能级
低优先填满”的原则。
这决定了不同能级的电子填充顺序。
四、化学元素周期表和原子结构的关系
化学元素周期表按照原子序数（电子数）和元素性质排列。
周
期表的结构与原子的电子层结构有着密切的关系，元素周期性性质
的变化与电子排布有关。
五、结论
原子结构的理解对于化学的研究和应用至关重要。
通过了解原子核和电子的组成，以及电子层结构和填充规则，我们可以更好地理解化学反应和元素性质的变化。
初中化学原子结构知识点详解图文
初中化学原子结构知识点详解图文初中化学原子结构知识点详解化学是一门研究物质的性质、组成和变化的科学。
在化学中，原子结构是一个重要的概念，它是理解物质性质和化学反应的基础。
本文将从原子的基本构成，电子排布及其能级结构，以及元素周期表的组成等方面详细介绍化学原子结构的知识点。
一、原子的基本构成原子是物质的基本单位，由带正电荷的质子、无电荷的中子以及带负电荷的电子组成。
质子和中子集中在原子核内，而电子则绕着原子核运动。
质子是带有正电荷的基本粒子，其电荷数目与电子相等，质子的质量大约为1个质子质量单位（am)，常用符号为p+。
中子是无电荷的基本粒子，其质量与质子相似，中子的质量也约为1个质子质量单位，常用符号为n。
电子是带有负电荷的基本粒子，其电荷数目与质子相等，但质量约为质子和中子的1/1836，常用符号为e-。
二、电子排布及其能级结构电子的排布遵循一定的规则，主要体现在电子的层、壳和轨道的概念上。
1. 层和壳层是指离原子核越远的区域，以K、L、M、N等字母表示。
其中K层离原子核最近，L层次之，以此类推。
壳是指由电子占据的层，每个层可以容纳一定数量的电子。
具体来说，K层最多容纳2个电子，L层最多容纳8个电子，M层最多容纳18个电子，N层最多容纳32个电子。
2. 轨道轨道是指电子在原子中运动的区域，每个层包含多个轨道。
根据轨道的形状和能级不同，可分为s轨道、p轨道、d轨道和f轨道。
s轨道为最简单的轨道，只能容纳2个电子。
p轨道则能容纳6个电子，分为px、py和pz三个方向。
d轨道能容纳10个电子，有5个不同的空间方向。
f轨道能容纳14个电子，有7个不同的空间方向。
3. 能级结构在原子中，每个层都有不同的能级。
能级越高，所含电子的能量越大。
每个能级分为多个轨道，电子按照一定的规则填充进入轨道。
兼顾电子的能量最低和电子排布的稳定性原则，电子填充原则有次序为：1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p等。
原子结构讲解
原子结构讲解
原子结构是指原子的组成以及各组成部分之间的相对位置。
原子是由原子核和核外电子组成的，原子核位于原子的中心，核外电子围绕原子核高速旋转。
原子结构示意图是一种表示原子结构的图示，它用圆圈和小圈分别表示原子核和核内质子数，弧线表示电子层，弧线上的数字表示该层的电子数。
原子的核外电子是分层排列的，从里到外分别称为第一层、第二层、第三层等。
每层最多可以排2×(n)^2个电子，其中n表示层数。
最外层电子数不
超过8个，次外层电子数不超过18个，倒数第三层不超过32个。
原子的性质由其核外电子的排布决定。
根据电子排布的不同，原子可以分为金属原子、非金属原子和稀有气体原子。
金属原子的最外层电子数一般小于4，容易失去电子，表现出金属的特性；非金属原子的最外层电子数一般大
于或等于4，容易得到电子，表现出非金属的特性；稀有气体原子的最外层电子数为8个（氦为2个），是一种稳定结构，表现出稀有气体的特性。
以上就是原子结构的简要介绍，如需获取更多信息，建议查阅化学书籍或咨询化学专家。
原子 结构
原子结构原子结构原子是物质的基本单位，由原子核和电子组成。
原子核位于原子的中心，带有正电荷，由质子和中子组成。
电子则围绕原子核运动，带有负电荷。
原子核的直径约为10^-15米，电子云的直径约为10^-10米，原子的大小约为10^-10米。
原子核的质量主要由质子和中子贡献，而电子的质量则很小，可以忽略不计。
原子核中的质子带有正电荷，质子数目决定了原子的元素。
例如，氢原子的原子核只有一个质子，所以氢是最简单的元素。
碳原子的原子核有六个质子，所以碳是第六个元素。
质子的数目通常与电子的数目相等，以保持整体电荷的中性。
质子和中子都有质量，而电子则质量很小，约为质子和中子质量的1/1836。
原子核中的中子是中性的，不带电荷。
中子贡献了原子核的质量，但并不影响原子的元素。
中子的数目可以不同，形成同一元素的不同同位素。
例如，氢的同位素有氘（一个质子和一个中子）和氚（一个质子和两个中子）。
电子是带有负电荷的粒子，围绕原子核的轨道上运动。
电子的能量与轨道的距离有关，离原子核越近的电子能量越低。
电子的能级可以分为不同的壳层，分别用K、L、M、N等字母表示。
每个壳层又可以分为不同的亚壳层，用s、p、d、f表示。
每个亚壳层可以容纳一定数量的电子，按照一定的填充顺序排布。
原子的化学性质主要由其电子结构决定。
原子核的质子数决定了元素的化学性质，而电子的排布决定了元素的化学反应和化合价。
原子间的化学反应和化合形成了物质的多样性。
在原子结构的研究中，科学家发现了一些有趣的现象。
例如，量子力学的发展揭示了电子的波粒二象性，即电子既表现为粒子又表现为波动。
这导致了电子云的概念，即电子在空间中的分布概率。
另外，科学家还发现了原子核的结构，即质子和中子的组织方式。
原子核的结构与放射性衰变、核反应等有关。
原子结构的研究对于理解物质的性质和变化机理非常重要。
通过了解原子的组成和排布，科学家可以预测和控制物质的性质。
例如，通过调控原子间的化学键和键能，可以设计新材料和催化剂，从而应用于能源、环境、医药等领域。
原子的结构知识点
原子的结构知识点原子结构知识点1. 原子定义原子是物质的基本单位，由原子核和围绕核的电子组成。
2. 原子核- 组成：原子核由质子和中子组成，统称为核子。
- 质子：带有正电荷，质量约为1个原子质量单位（u）。
- 中子：不带电，质量与质子相近，也约为1 u。
3. 电子- 带有负电荷，质量极小，约为1/1836 u。
- 电子在原子核外围按照特定的能级和轨道运动。
4. 能级和轨道- 能级：电子所处的能量状态，通常用主量子数n表示，n的值越大，电子与原子核的距离越远，能量越高。
- 轨道：电子在空间中运动的轨迹，由角量子数l和磁量子数m决定。
5. 量子数- 主量子数（n）：决定电子的能级，取值为正整数（1, 2,3, ...）。
- 角量子数（l）：决定电子轨道的形状，取值范围从0到n-1。
- 磁量子数（m）：决定电子轨道在空间中的具体位置，取值范围从-l到+l，包括0。
- 自旋量子数（s）：描述电子自旋状态，取值为+1/2或-1/2。
6. 原子的化学性质- 化学性质主要由原子最外层电子（价电子）的数量决定。
- 原子通过共享、转移或重新排列价电子来形成化学键。
7. 原子符号- 原子符号表示元素的化学符号，左上角表示原子序数（质子数），左下角表示原子质量数（质子数+中子数）。
8. 同位素- 同位素是具有相同原子序数（质子数相同）但不同质量数（中子数不同）的原子。
9. 原子的结合能- 结合能是指将原子核中的核子（质子和中子）从原子核中分离出来所需的能量。
- 结合能越大，原子核越稳定。
10. 原子光谱- 原子光谱是由于电子在能级间跃迁时发射或吸收特定频率的光而产生的。
- 每种元素的原子光谱都是独特的，可用于识别和分析元素。
11. 原子的电离- 电离是指原子或分子失去或获得电子的过程。
- 电离能是指移除一个电子所需的最小能量。
12. 原子的放射性- 放射性原子通过放射性衰变过程自发地转变为其他元素的原子。
- 放射性衰变有三种类型：α衰变、β衰变和γ衰变。
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19K的电子排布是1s2，2s2 2p6, 3s2 3p6 , 4s1 而不是1s2，2s2 2p6, 3s2 3p6 , 3d1？
当为4s时 Z﹡ = 19 － (0.85×8 + 1 ×10) = 2.2 E = － (2.22/ 42) ×13.6 = －4.114eV
H原子的轨道能级图
§9.2 多电子原子 核外电子排布
能级分裂 能级交错
一、屏蔽效应
多电子原子中，其他电子对指定电子的排 斥作用看作部分地抵消（或削弱）核电荷 对该电子的吸引.
即其他电子起到了部分地屏蔽核电荷对某 电子的吸引力，而该电子只受到“有效核 电荷”Z*的作用。
Z* = Z -
：屏蔽常数，
氢原子轨道与三个量子数的关系
见P193 表8-1
n
l
m 轨道名称
轨道数
1
0
0
1s
1
0
02s20 Nhomakorabea2p
4
1
±1
2p
0
0
4s
1
1
0, ± 1
4p
3
4
2
0, ± 1 ±2
4d
5
16
3
0, ± 1, ± 2,± 3
4f
7
2. 四个量子数
(1) 主量子数n，n = 1, 2, 3…正整数，它
决定电子离核的远近和能级。
52.9
图 氢原子电子云径向分布函数图 (1)
图6-7 氢原子电子云径向分布函数图(2)
三、轨道能量与量子数的关系
对于单电子体系:
En
13.6
Z2 n2
E1s E2s E2 p E3s E3 p E3d
对于多电子体系:
En,l
13.6
Z *2 n2
Es Ep Ed E f Eg ......
*Hund规则特例：等价轨道全充满、半充满 或全空的状态时，体系是比较稳定。
全充满 半充满 全空
p6 d10 f14 p3 d5 f7 p0 d0 f0
三.核外电子排布及核外电子排布式
A. 基态原子的电子排布 B. 基态阳离子的电子排布
A. 基态原子的电子排布
• 多电子原子中电子进入轨道的能级顺序是
* d 1 0
（7）在同一原子中，不可能存在四个量子 数完全相同的电子。
二、原子轨道的图形
1、直角坐标与球坐标之间的关系
(n,l,m)(x,y,z) → (，，) (n,l,m)(x,y,z) = R(n,l)(r) ·Y(l,m)(，)
Y(l,m) ( ,) ( ) ()
1）同一原子中，不可能存在所处状态完全 相同的电子。
2）同一原子中，不可能存在四个量子数完 全相同的电子。
3）每一轨道中只能容纳自旋方向相反的两 个电子。
2.能量最低原理
电子在各轨道上的排布方式应使整个原子 能量处于最低状态。
简并轨道 能级组 能级分裂 能级交错
3.Hund规则
电子分布到能量相同的等价轨道上，总是尽 先以自旋相同的方向，单独占据能量相同的 轨道。即在等价轨道上自旋方向相同的单电 子越多体系就越稳定。——等价轨道原理
1. 光的波粒二象性
E mc h 2 2. 微粒的波粒二象性(Louis h h de Broglie,1924)
P mc EPc h cmch 3.革末衍射实验
电子枪发射高速电子通过薄晶体片 射击感光荧屏，得到明暗相间的环 纹，类似于光波的衍射环纹。
电电 子子 枪束
结论：
E1玻1r.＝多尔h电4AA理c12..n子原轨1论h22子道nm21原轨1能2的e道量2子半局nn径1光222限谱性Bn：2
Ah2ABc.氢2原.R51372.子原9.9子的的p11线0m.0精性198光7细J谱光1103谱7.m6e-V1
三、微观离子的运动规律
r12EVm引 引 －r－－－r量1入 入 在轨2原微子r空道子Ydd参 参粒(力2l间能中,rx质m数 数22学s再)运坐量1电i(n量((lm中最经xx动标（子(,n，,,,l,yy,描l过后的变o动Pm的,,,mzzhs)1i))述,n“数换能)势2可0－→=9(,核表变学与能1R普0以，,,(外r量6函势(2r朗解-)(r,电2分k12数能，)·克s，Z,得Yi1rn子离e式总2(常,P22且 ′(，)”，，和数,22l)即）))8y原h22mm子(E轨V )道 0
第九篇 结构化学基础之
原子结构
§9.1 氢原子结构
§9.2 多电子原子结构
§9.3 元素周期表和元素性质 的周期性
§9.1 微观粒子的 波粒二象性
一、氢原子光谱
• 1.连续光谱(continuous spectrum) • 2.线状光谱(原子光谱)(line spectrum) • 3.氢原子可见光谱
0
奥地利物理学家
x坐,引 22yxxsR1,标i22zn入d将三为d直r直变参 微角dd22r角量yy粒数 坐222坐的1标ddrns.，R标薛r空,i与nn三定间球22为 ，zzz变谔22坐d坐d8自量方标。标然 h88程2，之mx2hh，(数间r12222mm92y(的,P2，xs且 ((,6Eiy关EEz)n,z)n)2系变-波VVV换1函))成数l球 00
(2) 角量子数l，l = 0, 1, 2, 3…n-1，以s，p， d ， f … 对应的能级表示亚层，它决定了
原子轨道或电子云的形状
(3) 磁量子数m，原子轨道在空间的不同取
向， m = 0, 1, 2, 3...l,一种取向相当于 一个轨道，共可取2l + 1个数值。m值反应 了波函数 (原子轨道)或电子云在空间的伸 展方向
1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s< 4f<5d<6p<7s<5f<6d<7p
• 电子由最低能量的1s轨道依次填入，每个轨 道最多只能填入2个电子。
元素电子填到最后能级组注意洪特规则②
？24Cr
× 能量最低排布 1s22s22p63s23p64s23d4
由洪特规则② 1s22s22p63s23p64s13d5 主量子数整理 1s22s22p63s23p63d54s1 “原子实”写法 [Ar]3d54s1
h
mx
6.62 1034 10 103 0.04 102
6.621028 m s1
∴ 对宏观物体可同时测定位置与速度
例2: 对于微观粒子如电子, m = 9.11 10-31 Kg, 半径 r = 10-10 m，则x至少要达到10-11 m才相对准确，则其速度的测不准情况为：
(4)自旋量子 数ms，ms = 1/2, 表示 同一轨道中 电子的二种 自旋状态
根据四个量子 数的取值规 则，则每一 电子层中可 容纳的电子 总数为2n2.
3. 核外电子运动状态(量子力学的方法) (1) 电子在原子中运动服从薛定谔方程
(n,l,m)(x,y,z)是薛定谔方程的合理解。
表示原子核外轨道的一种运动状态
vh1EEmAArBmc3动12r＝ ...电r特 轨22E子.h定道k2121A4R25kc7尽Zm的离2kh92eZr可r轨核2e.22Ek1n92能,道越1h021E1,21处p有远mZ势21.r82m0于特，eJZk292能2n定其21e7nh22量1的能k2mh2223Zmnr最角量r.ne216Z2低动越e202,Ve的量高74m轨B道-1Ann212
薄晶体片
感光屏幕 衍射花纹
四、测不准原理
测不准原理(Werner Heisenberg, 1926) 微观粒子，不能同时准确测量其位置和 动量测不准关系式：
x P h或x h
m
x－粒子的位置不确定量 －粒子的运动速度不确定量
例1: 对于 m = 10 克的子弹，它的位置可精 确到x ＝ 0.01 cm,其速度测不准情况为：
(3) 在同组中，每一个电子屏蔽同组电子为 0.35/e，而1s组内的电子相互屏蔽0.30/e.
(4)对外层(ns, np），内层(n-1)层中每一个电子 上电子屏蔽为0.85/e。 更内层的(n-2)层及更内层 中每一个电子对它的电子屏蔽为1.00/ e
(5) 当被屏蔽电子是(nd)组或(nf)组电子时，左边
2、波函数的角度分布图[Y(，) - ，
图]（原子轨道角度分布图）
以2pz为例 (m=0)
s、p、d 轨道角度部分剖面图（1）
P192 图8.3
s、p、d 轨道角度部分剖面图（2）
3. 电子云角度分布图Y2(，) - ， 图
4.电子云径向分布图
D(r) D(r)
D(r) R2(r)
4. 巴尔麦( J. Balmer)经验公式(1885)
1
1 R ( 22
1 n2
)
: 谱线波长的倒数, 波数(cm-1).
n:大于2的正整数.
R∞：常数, 1.097107m-1 n = 3, 4 , 5, 6 分别对应氢光谱中
↓ ↓ ↓↓ H、Hnn22>,、nn1H1均、为H正 整、数Balmer系
当为3d时 Z﹡ = 19 － ( 18 ×1) = 1 E = － (12/ 32) ×13.6 = － 1.51eV
二、钻穿效应
n相同，l不同的轨道，由于电子云径向分 布不同，电子穿过内层到达核附近以回避 其他电子屏蔽的能力不同，而使电子具有
不同的能量，这种由于s，p，d，f 轨道径
向分布不同而引起的能量效应 （penetrating effect)。