2015年電氣工程師考試普通化學(xué)知識(shí)點(diǎn)氫原子結(jié)構(gòu)

　　一、原子的組成

　　(一)元素和原子序數(shù)

　　1、元素

　　原子核里質(zhì)子數(shù)(即核電荷數(shù))相同的一類原子的總稱.

　　2、原子序數(shù)

　　元素按核電荷數(shù)由小到大排列成序,形成的原子序號(hào).

　　(二)原子的組成

　　1、原子的組成

　　原子由原子核和核外電子組成,原子核又是由質(zhì)子和中子組成的.

　　2、電荷數(shù)

　　原子不帶電,但是原子中的電子和質(zhì)子帶電.其電荷數(shù)的關(guān)系是

　　原子序數(shù)=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)=核電荷數(shù)=核外電子數(shù)

　　3、質(zhì)量數(shù)

　　由于電子的質(zhì)量很小,可忽略不計(jì),因此,原子的質(zhì)量可近似認(rèn)為

　　質(zhì)量數(shù)(A)=質(zhì)子數(shù)(Z)+中子數(shù)(N)

　　4、標(biāo)記

　　X代表元素符號(hào),A代表質(zhì)量數(shù),Z代表質(zhì)子數(shù) .即：AZX

　　二、同位素

　　1、同位素定義

　　質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同一元素的不同原子

　　2、同位素僅僅是中子數(shù)不同,但是它們的核電荷數(shù),核外電子數(shù)相同,因此它們的化學(xué)性質(zhì)相同.

　　3、同位素有穩(wěn)定同位素和放射性同位素兩種

　　4、衰變

　　放射線同位素能從原子核中自發(fā)地放射出射線,發(fā)生了原子核反應(yīng),結(jié)果原來(lái)的同位素變成了另一種新元素,這種變化叫衰變.

　　5、示蹤原子

　　放射線同位素的原子放射出來(lái)的射線,很容易被靈敏的探測(cè)儀器發(fā)現(xiàn),故叫”示蹤原子”

　　6、原子量的計(jì)算

　　原子量是按照各種天然同位素原子所占的百分比計(jì)算出的平均值.

　　例如:氯的平均原子量為:35×75.53% + 37×24.47%=35.45

　　三、氫原子光譜與Bohr理論

　　量子化特征——表征微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的某些物理量具有不連續(xù)變化的特征。

　　2、玻爾(Bohr)理論

　　三點(diǎn)假設(shè)：

　　①核外電子只能在有確定半徑和能量的軌道上運(yùn)動(dòng),且不輻射能量;

　?、谕ǔｋ娮犹幵陔x核最近的軌道上，能量最低——基態(tài)(1個(gè));軌道的不同能量狀態(tài)稱為能級(jí);

　　原子獲得能量后，電子被激發(fā)到高能量軌道上，原子處于激發(fā)態(tài)(多個(gè));

　?、厶幱诩ぐl(fā)態(tài)的電子不穩(wěn)定，有可能從能級(jí)高的軌道躍遷到離核較近的低能軌道，甚至恢復(fù)為基態(tài)。這時(shí)以光的形式釋放能量 。

　　1924年，[法]物理學(xué)家德布羅依預(yù)言：微觀粒子也應(yīng)具有波粒二象性。

　　3、 電子的波粒二象性

　　1927年，Davissson和Germer應(yīng)用Ni晶體進(jìn)行電子衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)電子具有波動(dòng)性。

　　波粒二象性是——微觀粒子的運(yùn)動(dòng)特征

　　(1) 海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理：

　　1927年，德國(guó)物理學(xué)家海森堡提出測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系

　　用位置和動(dòng)量來(lái)描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)，所測(cè)位置的準(zhǔn)確度愈高，則其動(dòng)量準(zhǔn)確度愈低，反之亦然。

　　即不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定微粒的空間位置和動(dòng)量。

　　(2)核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述

　　核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只能用建立在量子化和統(tǒng)計(jì)性基礎(chǔ)上的量子力學(xué)來(lái)描述。

　　提出描述電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的波動(dòng)方程,又叫薛定諤方程對(duì)于氫原子中的電子,其薛定諤方程是

　　波函數(shù)的平方代表電子在核外空間某處單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率,也就是電子的概率密度.

　　為了直觀、形象地表示電子在核外空間概率密度的分布情況，量子力學(xué)引用電子云概念。

　　(3) 電子云

　?、《x

　　將電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用統(tǒng)計(jì)的方法,得到一個(gè)電子在核外空間運(yùn)動(dòng)的圖象,這個(gè)圖象好像原子核外籠罩著一團(tuán)電子形成的云霧,這就是所謂的“電子云”。

　　ⅱ圖形

　　(a)等密度面圖和界面圖

　　等密度面:將電子出現(xiàn)幾率相等的各點(diǎn)聯(lián)成的一個(gè)曲面叫等密度面.若干個(gè)等密度面構(gòu)成的圖形叫等密度面圖.

　　在某一個(gè)等密度面內(nèi)電子出現(xiàn)的總幾率達(dá)95%以上,該等密度面就是電子云的界面,其圖形叫界面圖.

　　(b)黑點(diǎn)圖

　　用小黑點(diǎn)的疏密來(lái)表示電子概率密度分布的圖形

　　(c)徑向分布圖

　　核外電子的概率分別隨離核距離的變化而變化的圖形

　　(d)電子云的角度分布圖

　　角度分布圖是各態(tài)電子云的概率密度分布隨空間角度而變化的圖形。

　　波函數(shù)不是一個(gè)數(shù)值,而是空間坐標(biāo)數(shù)學(xué)表達(dá)式,是反映電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律最基本的函數(shù).表明電子可能出現(xiàn)的區(qū)域.不同的區(qū)域有不同的ψ值,習(xí)慣上就將一個(gè)波函數(shù)稱一個(gè)軌道.

　　原子軌道角度分布圖不同空間ψ值的相對(duì)大小,可以用原子軌道角度分布圖表示.

　　比較電子云角度分布圖和對(duì)應(yīng)原子軌道角度分布圖可知:相同點(diǎn)：

　?、?兩種圖形的形狀很相似.②出現(xiàn)極大值的方向也相同.

　　不同點(diǎn)：①電子云角度分布圖略“瘦”。②原子軌道角度分布圖有

　　正負(fù)之分。

　　四、核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量子數(shù)描述

　　核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用n、l、m、ms四個(gè)量子數(shù)來(lái)描述

　　1、主量子數(shù)(n) 電子層數(shù)

　　主量子數(shù)n是用來(lái)表示核外電子運(yùn)動(dòng)離核遠(yuǎn)近的數(shù)值.

　　取值范圍:除0以外的正整數(shù).

　　表示： n=1、2、3、4……

　　對(duì)應(yīng)的字母K、L、M、N……

　　意義：不僅表示電子運(yùn)動(dòng)離核的遠(yuǎn)近,也反映了電子能量的高低.數(shù)值越小,能量越低.

　　2、角量子數(shù)(l) 電子亞層又叫副量子數(shù)

　　角兩字?jǐn)?shù)l是用來(lái)描述軌道形狀的數(shù)值.

　　取值范圍:0到n-1的所有正整數(shù).

　　表示:對(duì)應(yīng)于l =1、2、3、4……(n-1)的每個(gè)數(shù)值,可用相應(yīng)的s、p、d、f……等字母表示各值.

　　軌道形狀：s為球形,p為啞鈴形,d為花瓣形,f為更復(fù)雜的圖形.

　　意義:不僅表示電子運(yùn)動(dòng)軌道的形狀,也與電子的能量有關(guān),數(shù)值越小,能量越低,即Ens

　　3、磁量子數(shù)(m) 電子云的伸展方向

　　同一亞層中,電子云的形狀相同,但它們有不同的伸展方向,參看前面的原子軌道圖,都是啞鈴形,有x、y、z三個(gè)方向伸展的軌道.磁量子數(shù)就是用來(lái)描述電子云在空間伸展方向的數(shù)值。

　　取值范圍：從+l 到-l并包括0在內(nèi)的整數(shù)值。m=0、±1、±2、±3……±l。

　　意義：指出軌道的伸展方向，從而確定具體的軌道。

　　4、自旋量子數(shù)(ms) 電子自旋

　　原子中的電子不僅圍繞著原子核運(yùn)動(dòng)，也圍繞著本身的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這種轉(zhuǎn)動(dòng)叫做電子的自旋。Ms就是用來(lái)描述電子自旋方向的數(shù)值。

　　取值：自旋只有兩個(gè)方向，順時(shí)針和逆時(shí)針，因此只有兩個(gè)值，+1/2和-1/2。也可以用“ ”、“ ”

　　意義：表示在同一軌道中，只能容納兩個(gè)自旋相反的兩個(gè)電子。從而確定了具體的電子。

　　因此有：決定電子能量的量子數(shù)有n、l;決定電子運(yùn)動(dòng)軌道的量子數(shù)有n、l、 m;決定電子運(yùn)動(dòng)的量子數(shù)有n、l、m、ms。

　　5、 n、l、m、ms的數(shù)值關(guān)系

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