元素原子结构的变化规律.ppt

第五章原子结构和元素周期率物质世界纷繁复杂,物质的性质千差万别,其物理、化学性质差别的原因与物质的结构、状态及组成等有关。大多数物质由分子组成,而分子又由不同元素的原子组成。原子虽然很小,却有着复杂的结构。它由带正电的原子核和带负电的电子组成。在化学变化中, 原子核不发生变化,核外电子的运动状态发生变化, 致使原子的结合方式发生了变化。要了解原子与原子如何结合成分子,分子与分子如何结合成宏观物体,首先必须了解原子结构与分子结构。本章主要讨论原子的结构与核外电子的运动状态, 以及元素周期律。? 原子核外电子的运动状态? 波函数及原子轨道?物质是由原子组成的。原子中电子绕核运动形成了一个带负电荷的云团,电子运动具有波粒二象性,电子运动时, 在一个确定的时刻不能精确地测定电子的确切位置。电子具有波粒二象性?微观粒子的主要运动特征是波粒二象性。微观粒子与宏观物体的不同之处在于宏观物体可以用经典力学来描述其运动时的具体位置和速度。但是微观粒子遵循测不准关系, 无法准确测定其位置和动量。对于在原子核外运动的电子, 虽然无法在某一时刻准确预测其具体位置,但可以用统计学的方法描述在核外出现的频率。 概率密度与电子云由于电子并不象宏观物体那样沿着固定的轨道运动,因此,我们不可能准确的测定一个核外电子在某一时刻所处的空间位置和运动状态。然而,用统计学的方法可以判断电子在核外空间某一区域出现的机会是多少。图5-1 氢原子的电子云图电子在空间出现的机会称为概率。在某单位体积内出现的概率称为概率密度。一般认为,波函数ψ表示表示电子的运动状态, 则|ψ| 2表示电子在原子内的某点附近出现的概率密度。?电子云也可以表示电子在原子空间的某点附近出现的概率密度。如图 5-1 所示。小黑点密集的地方, 则表示电子在那里出现的概率密度大,所以,电子云就是概率密度的形象化表示。电子云就是概率密度|ψ| 2的图像。?处于不同运动状态的电子,其波函数不相同,则| ψ| 2也不相同,其图像,也就是电子云也各不相同。如图 5-2 中的各种状态的电子云的分布形状各不相同。图 5-2 各种状态的电子云的分布形状? 波函数的空间图像?将用直角坐标表示的波函数ψ(x,y,z )转换成用球极坐标表示的ψ( r,θ,φ),再利用分离变量法将ψ( r,θ,φ)分离为径向分布部分和角度分布部分的乘积,得到?ψ( r,θ,φ) =R (r)·Y(θ,φ) ?我们可以分别讨论径向分布部分和角度分布部分的形状。?⑴径向分布部分?若以 D(r)为纵坐标, r为横坐标,可以得到电子云的径向分布图,如图 5-3 所示: 图 5-3 氢原子各种状态的径向分布图?从径向分布图可见,峰值的出现是有规律的。规律表明,核外电子可以看作是以核为中心,按层向外分布。 ns比np多一个离核更近的峰值。峰的数目少了,但主峰离核越近了。同样, np比nd多一个离核更近的峰值。 nd比nf多一个离核更近的峰。对 ns态, 出现的峰值的个数正好与 n值相等。且峰值最大(即山峰最高)的主峰则随着 n的增大而右移,离核越来越远。?⑵角度分布部分?将ψ经过分离变量法得到的角度分布函数 Y (θ,φ)随角度变化作图可以得到波函数的角度分布图,如图 5-4 。图中正负号表示波函数角度分布函数的符号,不代表电荷的正负。图 5-4 原子轨道角度分布图