《無機化學》電子教案

1、第1章原子結構與元素周期系原子結構與元素周期系[教學要求]1掌握近代理論在解決核外電子運動狀態(tài)問題上的重要結論：電子云概念，四個量子數(shù)的意義，s、p、d原子軌道和電子云分布的圖象。2了解屏蔽效應和鉆穿效應對多電子原子能級的影響，熟練掌握核外電子的排布。3從原子結構與元素周期系的關系，了解元素某些性質的周期性。[教學重點]1量子力學對核外電子運動狀態(tài)的描述。2基態(tài)原子電子組態(tài)的構造原理。3元素的位置、結構、性質之間的關系。[教學難點]1核

2、外電子的運動狀態(tài)。2元素原子的價電子構型。[教學時數(shù)]8學時[教學內(nèi)容]1核外電子運動的特殊性：核外電子運動的量子化特征（氫原子光譜和玻爾理論）。核外電子運動的波粒二象性（德布羅衣的預言，電子的衍射試驗，測不準關系）。2核外電子運動狀態(tài)的描述：波函數(shù)、電子云及其圖象表示（徑向與角度分布圖）。波函數(shù)、原子軌道和電子云的區(qū)別與聯(lián)系。四個量子數(shù)（主量子數(shù)n，角量子數(shù)l，磁量子數(shù)m，自旋量子數(shù)ms）。3核外電子排布和元素周期表；多電子原子的能級

3、（屏蔽效應，鉆穿效應，近似能級圖，原子能級與原子序數(shù)關系圖）。核外電子排布原理和電子排布（能量最低原理，保里原理，洪特規(guī)則）。原子結構與元素周期性的關系（元素性質呈周期性的原因，電子層結構和周期的劃分，電子層結構和族的劃分，電子層結構和元素的分區(qū)）。4元素某些性質的周期性，原子半徑，電離勢，電子親和勢，電負性。11道爾頓原子論道爾頓原子論古代自然哲學家對物質之源的臆測：本原論（元素論）和微粒論（原子論）古希臘哲學家德謨克利特（Democ

4、ritus約460—370BC）：宇宙由虛空和原子構成，每一種物質由一種原子構成。波意耳：第一次給出了化學元素的操作性定義化學元素是用物理方法不能再分解的最基本的物質組分，化學相互作用是通過最小微粒進行的，一切元素都是由這樣的最小微粒組成的。1732年，尤拉（LeonhardEuler1707—1783）：自然界存在多少種原子，就存在多少種元素。1785年，法國化學家拉瓦錫（AntoineL.Lavoisier1743—1794）：提出

5、了質量守衡定律：化學反應發(fā)生了物質組成的變化，但反應前后物質的總質量不變。1797年，里希特（J.B.Richter1762—1807）：發(fā)現(xiàn)了當量定律。1799年，法國化學家普魯斯特（JosephL.Proust1754—1826）：發(fā)現(xiàn)定比定律：來源不同的同一種物質中元素的組成是不變的。1805年，英國科學家道爾頓（JohnDalton1766—1844）：把元素和原子兩個概念真正聯(lián)系在一起，創(chuàng)立了化學原子論：每一種化學元素有一種原

6、子；同種原子質量相同，不同種原子質量不同；原子不可再分；一種不會轉變?yōu)榱硪环N原子；化學反應只是改變了原子的結合方式，最后，必須注意的是，我們不要把元素、單質、原子三個概念彼此混淆。元素和單質是宏觀的概念。單質是元素存在的一種形式(自由態(tài)或稱游離態(tài))。某些元素可以形成幾種單質，譬如碳的同素異性體有金剛石、石墨兩種；硫的同素異性體有正交硫、單斜硫、無定形硫和彈性硫等。元素只能存在于具體的物質(單質或化合物)中，脫離具體的物質，抽象的元素是不

7、存在的。從這個角度看，元素和單質既有聯(lián)系又有區(qū)別。原子是微觀的概念，而元素是一定種類的原子的總稱。元素符號既表示一種元素也表示該元素的一個原子。在討論物質的結構時，原子這個概念又有量的涵義。如氧原子可以論個數(shù)，也可以論質量。但元素沒有這樣的涵義，它指的是同一種類的原子。譬如：水是由氫氧兩種元素組成的，水分子中含有兩個氫原子和一個氧原子，而絕不能說成水分子中含有兩個氫元素和一個氧元素。1913年英國科學家莫斯萊(Moseley，Henry

8、1887—1915)從X射線(或稱倫琴射線)的研究入手，發(fā)現(xiàn)以不同單質作為產(chǎn)生X射線的靶子，所產(chǎn)生的特征X射線的波長不同。他將各元素按所產(chǎn)生的特征X射線的波長排列后(圖1—1)，就發(fā)現(xiàn)排列次序與其在周期表中的次序是一致的。他把這個次序名為原子序數(shù)。莫斯萊總結的公式為：即特征x射線波長(λ)的倒數(shù)的平方根與原子序數(shù)(z)呈直線關系(圖1—2)。式中a、b對同組譜線來說為常數(shù)。這就是莫斯萊定律。原子序數(shù)不僅代表元素在周期系中的位置，而且還有

9、一定的物理意義，它代表著原子的某種特征。盧瑟福在完成他的利用α質點散射測定核電荷的實驗工作后，便結合莫斯萊的結果做出普遍的結論：原子核的電荷在數(shù)值上等于元素的原子序數(shù)。1920年英國科學家查德威克(Chadwick，James1891一1974)進一步做了不同元素的α質點散射實驗。其實驗結果見表1—1。證明了上述推論的正確，也可以說用實驗證明了原子序數(shù)是原子的基本參數(shù)。122核素、同位素和同位素豐度核素、同位素和同位素豐度具有一定數(shù)目的

10、質子和一定數(shù)目的中子的一種原子稱為核素。例如原子核里有6個質子和6個中子的碳原子，它們的質量數(shù)是12，稱碳—12核素或寫為12C核素。原于核里有6個質子和7個中子的碳原子質量數(shù)為13，稱13C核素。氧元素有三種核素：16O、17O、18O核素。具有多種核素的元素稱多核素元素。氧元素等都是多核素元素，天然存在的鈉元素，只有質子數(shù)為11，中于數(shù)為12的一種鈉原子2311Na，即鈉元素只有23Na一種核素，這樣的元素稱單一核素元素。同位素的發(fā)

11、現(xiàn)和核化學的發(fā)展是二十世紀的事，然而關于同位素的預言則在上一世紀就己提出。人們測量一些元素原子量后，發(fā)現(xiàn)測得越精確，就越證明各元素的原子量并不是氫原子量的整數(shù)倍。又如門捷列夫排周期表時，把碲(127.61)排在碘(126.91)前，還有氬(39.95)排在鉀(39.09)前，鈷(58.93)排在銀(58.69)前，都說明同一元素的原子量并不是“單一的”數(shù)值，好象是許多數(shù)值的平均結果，不然無法說明門捷列夫的排法，正好符合性質的周期性變化。

12、英國科學家克魯克斯(Crookes，w1832—1919)，俄國科學家布特列洛夫（1828—1886）為解釋上述矛盾先后提出過同一元素的原子可具有不同的原子量，而且可用化學分餾法將它們分開，實際上他已從自發(fā)的唯物主義立場提出了同位素的思想。但是在科學上自發(fā)的唯物主義思想并不能抵抗唯心主義的襲擊。他們二入先后屈服于降神術。正如恩格斯指出的那樣“許許多多自然科學家已經(jīng)給我們證明了，他們在他們自己那門科學的范圍內(nèi)是堅定的唯物主義者，但是在這以