原子结构和元素周期表思维导图

U348364638

2023-12-16

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原子结构

元素周期

量子力学

原子结构理论发展，核外电子排布，粒子运动特征等内容讲解

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思维导图大纲

2.1原子结构理论的发展概括

2.1.1原子的有核模型

1911年，英国物理学家卢瑟福发现ɑ粒子散射实验，并根据ɑ粒子散射实验提出了有核原子模型

2.1.2氢原子光谱

太阳光或白炽灯发出的白光，是一种混合光，它是通过三棱镜折射后，便分成红橙黄绿青蓝紫等不同波长的光，这些波长连续的光组成的光谱叫做连续光谱。(一般白炽灯的固体、液体、高压下的气体都能给出连续光谱）。当原子受带电粒子的撞击或加高温时，发出的光辐射经过三棱镜后只能看到几条亮线，是不连续光谱，称线状光谱

氢原子光谱就是一种最简单的不连续光谱

2.1.3玻尔模型

丹麦人玻尔提出了新的原子结构理论，解释了氢原子线状光谱，既说明了谱线产生的原因，也说明了谱线的频率所表现的规律性

2.4核外电子的排布

2.4.1多电子原子的能级

1.屏蔽效应对轨道能级的影响

在多电子原子中，电子不仅受到原子核的吸引，而且电子和电子之间存在着排斥作用，称为屏蔽效应

l值相同，n值不同的轨道中，n的值越大电子出现几率最大的区域离核越远，所受屏蔽作用越强，能量越高。

2.钻穿效应对轨道能级的影响

由于电子钻穿而引起原子轨道的能量发生变化的现象叫做钻穿效应

电子钻的越深，受其他电子屏蔽的作用越小，受核的吸引力越强，能量就越低

3.鲍林近似能级图

2.4.2核外电子排布的规则

1.能量最低原则

能量越低越稳定。原子中电子也是这样，电子在原子中所处状态总是尽可能是整个体系的能量最低，这样的体系最稳定。

2.保利不相容原则

每条原子轨道上最多容纳2个自旋方向状态相反的电子

3.洪特规则

电子分布到能量相同的等价轨道时，总是以自旋方向相同的状态，尽可能分占不同的轨道

2.3核外电子运动状态的量子力学描述

2.3.1薛定谔方程

奥地利科学家薛定谔把微粒的运动用类似于表示光波动的运动方程来描述

2.3.2波函数与原子轨道

我们用一组量子数n,l,m来描述波函数，每一个由一组量子数所确定的波函数表示电子的一种状态。在量子力学中，把三个量子数都有确定值的波函数称为一个原子轨道。

电磁波可以用电场强度和磁场强度在空间和时间的变化来描述，电磁波的波函数直接描述了电磁场的振动大小

2.3.3概率密度和电子云

用统计的方法推算出电子在核外空间出现的概率大小。电子在核外某处单位体积内出现的概率称为该处的概率密度。我们常把电子在核外出现的概率大小用点的疏密来表示，电子出现概率密度大的区域用密集的小点表示；电子出现概率密度小的区域用稀疏的小点来表示，这样得到的空间图像称为电子云

2.3.4四个量子数

1.主量子数n

主量子数n的取值为正整数，即n=1,2,3，4，5，6…它决定了电子层数，对于单电子原子或离子来说，n值越大，电子的能量越高。

2.角量子数l

角量子数l的取值为0,1,2,3,4,…(n-1)。如果n=1时，l只能为0；而n=2时，l可以为0，1但一定不能为2

3.磁量子数m

4.自旋磁量子数mʂ

光谱实验证明，原子中的电子除了绕核运动外，还存在自旋运动。它只有两个取值+1/2，-1/2.在轨道表示式中，一般用"↑"或"↓"表示，在语言叙述中常用“正旋”和“反旋”来描述这两种不同的自旋状态

2.3.5原子轨道和电子云的图像

1.径向概率分布图

n值越大，轨道的能量越高，电子出现的概率最大的区域离核越远

2.原子轨道的角度分布图

3.电子云的角度分布图

2.2微观粒子运动的特征

2.2.1微观粒子的波粒二象性

1.光的波粒二象性

人们根据光的干涉、衍射和光电效应等各种实验结果认识到光既有波的性质，又有粒子的性质

2.电子的波粒二象性

法国德布罗意在光的波粒二象性的启发下大胆地提出实物粒子、电子琴、原子等也具有波粒二象性的假设

P是微观粒子的动量，h是普朗克常数。这种波通常叫做物质波，亦称为徳布罗意波

2.2.2测不准原理

在经典力学中，人们能准确地测量一个宏观物体的位置和动量。但是量子力学认为，对于具有波粒二象性的微观粒子如电子等来说，它的运动情况不能用经典力学来描述。德国物理学家海森堡提出了量子力学中的一个重要关系式—测不准原则

△X为微观粒子位置的测量偏差，△P为微观粒子动量的测量偏差

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