交大附中化学奥林匹克竞赛辅导讲座第4讲_原子结构与元素周期律4
18页1、- -1第 4 讲 原子结构与元素周期律【竞赛要求】核外电子运动状态: 用s 、 p、 d 等来表示基态构型(包括中性原子、正离子和负离子)核外电子排布。电离能、电子亲合能、电负性。四个量子数的物理意义及取值。单电子原子轨道能量的计算。s 、 p、 d 原子轨道图像。元素周期律与元素周期系。主族与副族。过渡元素。主、副族同族元素从上到下性质变化一般规律;同周期元素从左到右性质变化一般规律。原子半径和离子半径。s 、 p、 d、 ds、 f 区元素的基本化学性质和原子的电子构型。元素在周期表中的位置与核外电子结构(电子层数、价电子层与价电子数)的关系。最高氧化态与族序数的关系。对角线规则。金属性、非金属性与周期表位置的关系。金属与非金属在周期表中的位置。半金属。主、副族重要而常见元素的名称、符号及在周期表中的位置、常见氧化态及主要形态。铂系元素的概念。【知识梳理】一、核外电子的运动状态1、微观粒子的二重性(1)光的波动性 波长:传播方向上相邻两个波峰(波谷)间距离。频率 v:频率就是物质(光子)在单位时间内振动的次数。单位是 Hz(1Hz =1 s1 ) 。光速 c =v 真空中 2.9
2、9810 8 ms1 = 310 8 ms1 ,大气中降低(但变化很小,可忽略) 。波数 = (cm 1 ) (2)光的微粒性1900 年根据实验情况,提出了原子原子只能不连续地吸收和发射能量的论点。这种不连续能量的基本单位称为光量子,光量子的能量(E)与频率(v)成正比。即: E = h (4-1)式中 h 为普朗克常数,等于 6.62610 34 Js(3)白光是复色光可见光的颜色与波长颜色 紫 兰 青 绿 黄 橙 红波长(nm)400-430 430-470 470-500 500-560 560-590 590-630 630-760(4)电子的波粒二重性物质波- -21923 年德布罗意(L. de Broglie)类比爱因斯坦的光子学说后提出,电子不但具有粒子性,也具有波动性。并提出了联系电子粒子性和波动性的公式:= (4-2) mvhm:质量 v :速度 h:普朗克常数(4-2)式左边是电子的波长 ,表明它的波动性的特征;右边是电子的动量,代表它的粒子性。这两种性质通过普朗克常数定量的联系起来了。2、原子核外电子的运动(1)早期模型氢原子光谱太阳光是连续光谱,原子光谱是线
3、状光谱。玻尔模型:电子在一定的轨道上运动、不损失能量。不同轨道上的电子具有不同能量E = J (4-3)2180.n式中 n =1,2正整数电子离核近、能量低、最低能量状态称基态,激发态(能量高)只有当电子跃迁时,原子才释放或吸收能量。E = h = h = hc 1 cm-1 = 1.9861023 Jvcv波尔理论的应用:解释氢原子光谱电子跃迁时释放电子能量:= = ( ) =1.097105 ( )cm1 vhcE12scmSJ/10306.8.242n12n式中 1.097105 称里德保常数计算氢原子光谱的谱线波长电子由 ni n1 时,释放能量得一系列 值称赖曼线系。 vni n2 时,释放能量得到一系列 值。- -3巴尔麦线条例: = = 1.097105 ( ) cm 1 =15236 cm1vhE2323= = 656 nm1原子光谱计算氢原子的电离能n1 n 时,氢原子电离能= 6.02310 23 E = 6.0231023 ( ) = 1313 kJmol 121n接近实验值 1312 kJmol1(2)近代描述电子云薛定颚方程的解即原子轨道电子运动状态。量 子
4、 数 是 解 方 程 的 量 子 条 件 ( 三 个 ) n、 l、 m, 原 子 核 外 的 电 子 运 动 状 态 用 四 个 量 数 描 述 :n、 l、 m、 m s 。实际上,每个原子轨道可以用 3 个整数来描述,这三个整数的名称、表示符号及取值范围如下:主量子数 n,n = 1, 2, 3, 4, 5,(只能取正整数) ,表示符号: K, L, M, N, O, 角量子数 l,l = 0, 1, 2, 3 , , n1。 (取值受 n 的限制) ,表示符号:s, p, d, f, 磁量子数 m,m = 0, 1, 2, , l。 (取值受 l 的限制)当三个量子数都具有确定值时,就对应一个确定的原子轨道。如 2p 就是一个确定的轨0道。主量子数 n 与电子层对应,n = 1 时对应第一层,n = 2 时对应第二层,依次类推。轨道的能量主要由主量子数 n 决定,n 越小轨道能量越低。角量子数 l 和轨道形状有关,它也影响原子轨道的能量。n 和 l 一定时,所有的原子轨道称为一个亚层,如 n = 2,l = 1 就是 2p 亚层,该亚层有 3 个 2p 轨道。n 确定时,l 值
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