《無機(jī)化學(xué)》電子教案

1、第1章原子結(jié)構(gòu)與元素周期系原子結(jié)構(gòu)與元素周期系[教學(xué)要求]1掌握近代理論在解決核外電子運(yùn)動狀態(tài)問題上的重要結(jié)論：電子云概念，四個(gè)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(yīng)和鉆穿效應(yīng)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(jié)構(gòu)與元素周期系的關(guān)系，了解元素某些性質(zhì)的周期性。[教學(xué)重點(diǎn)]1量子力學(xué)對核外電子運(yùn)動狀態(tài)的描述。2基態(tài)原子電子組態(tài)的構(gòu)造原理。3元素的位置、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)之間的關(guān)系。[教學(xué)難點(diǎn)]1核

2、外電子的運(yùn)動狀態(tài)。2元素原子的價(jià)電子構(gòu)型。[教學(xué)時(shí)數(shù)]8學(xué)時(shí)[教學(xué)內(nèi)容]1核外電子運(yùn)動的特殊性：核外電子運(yùn)動的量子化特征（氫原子光譜和玻爾理論）。核外電子運(yùn)動的波粒二象性（德布羅衣的預(yù)言，電子的衍射試驗(yàn)，測不準(zhǔn)關(guān)系）。2核外電子運(yùn)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(gè)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(yīng)，鉆穿效應(yīng)，近似能級圖，原子能級與原子序數(shù)關(guān)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(jié)構(gòu)與元素周期性的關(guān)系（元素性質(zhì)呈周期性的原因，電子層結(jié)構(gòu)和周期的劃分，電子層結(jié)構(gòu)和族的劃分，電子層結(jié)構(gòu)和元素的分區(qū)）。4元素某些性質(zhì)的周期性，原子半徑，電離勢，電子親和勢，電負(fù)性。11道爾頓原子論道爾頓原子論古代自然哲學(xué)家對物質(zhì)之源的臆測：本原論（元素論）和微粒論（原子論）古希臘哲學(xué)家德謨克利特（Democ

4、ritus約460—370BC）：宇宙由虛空和原子構(gòu)成，每一種物質(zhì)由一種原子構(gòu)成。波意耳：第一次給出了化學(xué)元素的操作性定義化學(xué)元素是用物理方法不能再分解的最基本的物質(zhì)組分，化學(xué)相互作用是通過最小微粒進(jìn)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(xué)家拉瓦錫（AntoineL.Lavoisier1743—1794）：提出

5、了質(zhì)量守衡定律：化學(xué)反應(yīng)發(fā)生了物質(zhì)組成的變化，但反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量不變。1797年，里希特（J.B.Richter1762—1807）：發(fā)現(xiàn)了當(dāng)量定律。1799年，法國化學(xué)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(zhì)中元素的組成是不變的。1805年，英國科學(xué)家道爾頓（JohnDalton1766—1844）：把元素和原子兩個(gè)概念真正聯(lián)系在一起，創(chuàng)立了化學(xué)原子論：每一種化學(xué)元素有一種原

6、子；同種原子質(zhì)量相同，不同種原子質(zhì)量不同；原子不可再分；一種不會轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子；化學(xué)反應(yīng)只是改變了原子的結(jié)合方式，最后，必須注意的是，我們不要把元素、單質(zhì)、原子三個(gè)概念彼此混淆。元素和單質(zhì)是宏觀的概念。單質(zhì)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(zhì)，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(zhì)(單質(zhì)或化合物)中，脫離具體的物質(zhì)，抽象的元素是不

7、存在的。從這個(gè)角度看，元素和單質(zhì)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(gè)原子。在討論物質(zhì)的結(jié)構(gòu)時(shí)，原子這個(gè)概念又有量的涵義。如氧原子可以論個(gè)數(shù)，也可以論質(zhì)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(gè)氫原子和一個(gè)氧原子，而絕不能說成水分子中含有兩個(gè)氫元素和一個(gè)氧元素。1913年英國科學(xué)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(zhì)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(gè)次序名為原子序數(shù)。莫斯萊總結(jié)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(guān)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(zhì)點(diǎn)散射測定核電荷的實(shí)驗(yàn)工作后，便結(jié)合莫斯萊的結(jié)果做出普遍的結(jié)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(xué)家查德威克(Chadwick，James1891一1974)進(jìn)一步做了不同元素的α質(zhì)點(diǎn)散射實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1—1。證明了上述推論的正確，也可以說用實(shí)驗(yàn)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(zhì)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(gè)質(zhì)子和6個(gè)中子的碳原子，它們的質(zhì)量數(shù)是12，稱碳—12核素或?qū)憺?2C核素。原于核里有6個(gè)質(zhì)子和7個(gè)中子的碳原子質(zhì)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(zhì)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(xué)的發(fā)展是二十世紀(jì)的事，然而關(guān)于同位素的預(yù)言則在上一世紀(jì)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(shí)，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(jié)果，不然無法說明門捷列夫的排法，正好符合性質(zhì)的周期性變化。

12、英國科學(xué)家克魯克斯(Crookes，w1832—1919)，俄國科學(xué)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(xué)分餾法將它們分開，實(shí)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(xué)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(shù)。正如恩格斯指出的那樣“許許多多自然科學(xué)家已經(jīng)給我們證明了，他們在他們自己那門科學(xué)的范圍內(nèi)是堅(jiān)定的唯物主義者，但是在這以