車云霞

第1集化學概論——原子結構（一）

原子中的基本粒子：

'電子

原子原子核

中子

I、

19世紀末物理學上的三大發現：X射線、放射性、電子。

中學所接觸的：1.盧瑟福的原子行星模型；2.氫原子光譜；3.普朗克的量子論；4.愛因斯坦的

光子學說；5.波爾假說（波爾理論）；6.微觀粒子的波粒二象性；7.海森堡不確定原理。

盧瑟?！?粒子穿透金屬箔實驗

里德寶公式：《二凡晨-1—《），其中R“是里德寶常數。

A,“

氫原子光譜的特征：

1.不連續的線狀光譜，從紅外到紫外區呈現多條具有特征波長的譜線。

2.從長波（紅外區）到短波（紫外區），譜線間的距離越來越小，表示n值越來越大，波

長越來越短，頻率越來越高，能量也越來越高。

一個電子的電量：1.602xl0T9c

第2集化學概論——原子結構（二）

波爾假說：原子中的電子只能在符合一定量子化條件的固定的軌道上繞核運動。

電子在一個軌道中運動的角動量mvr必須是h/24的整數倍，即mvr=nh/2兀。

波爾假說成功之處：激發態原子為什么會發射出光射線；氫光譜線波長的不連續性；驗證了

里德寶公式（說明了氫光譜線頻率的規律性）；首次提出了n是能級的概念。

波爾假說的缺陷：未能完全沖破經典物理的束縛；波爾理論解釋不了多電子原子的光譜和氫

光譜的精細結構等問題。

電子的波粒二象性：Z=h/p=h/mv

Ax.AP>h/2^

AX.△V

式中：'X為粒子位置的不勵定值;

aP為粒子動量的環詢定值?：

,V為粒子齒力速度的不儲定隨：

m為粒晶堡，量?普朗克常數；

不正確原理：不確定原子對宏觀物體不起作用，放映了微觀粒子的運動特征，不能用經典力

學的方法去處理微觀粒子。

第3集化學概論——原子結構（三）

原子結構三大問題：1、核外電子的運動狀態。2、核外電子的排布。3、原子的電子層結構

和周期系。

1薛定涔方程一一微粒的波動方程：

a初dy/d2i//87r2m

—v+—7-+—v+—z—（A-r）^/=o

dx2dy2dz2h2

得到的3不是具體的數，是包括三個參數（n,l,m）和三個變量（廠,仇。）的一個參數式:

0（r，aO）〃4“「n，l，m稱為量子數，它們決定著波函數夕某些性質的量子化情況。

有合理的解的函數式叫做波函數。

?（，,九=&《（「）?匕桁（6,?）

徑向部分偏度部分

徑向分布圖是指電子在原子核外距離為r,厚度為Ar薄層球殼中出現的概率隨半徑r變化時

的分布情況。

（I）被函數的徑向分布國

I、電子的銀耳曲及（電子在原子核*近毀大.

為什么它的概率的徑向分布在禽楨53pm處?大呢?

因為在靠近核處，電子出現的概率大，概率密

度|吵有較大值，但r很小，即球殼的體積很小，所

以。⑺值不會很大：在離核較遠處，，值大，即球殼

的體積大，但電子出現的概率卻不大，即概率密度

較小，所以“⑺值也不會很大：這兩個變化趨勢

相反的因素結合在一起，在某一點上就會出現一個

極大值.

2波函數的空間圖像

西

“

s尸

西

一3,

p“

一3,

d甑

〃-3,

第4集化學概論——原子結構（四）

由波函數（電子在原子核外運動的狀態）的徑向分布圖可以看出

1.核外電子是按層分布的；2.當主量子數相同時，ns比np多一個離核較近的峰，np比nd多

一個離核較近的峰，這些離核較近的峰都伸到（n-1）各峰的內部，而且深入內部的程度各

不相同的，電子在核附近出現的機會：

ns>np>nd>nf

O(r)

■h、3d和4P電子云的徑向分布圖

因為4s電子，它有小峰靠近原子核，所以造成4s電子的能量比3s的能量要低。

電子概率的徑向分布圖

1.電子概率的徑向分布圖表示了電子在整個空間出現的概率隨半徑變化的情況，放映了

核外電子概率分布的層次性。

2.電子概率的徑向分布圖放映了核外電子概率分布的穿透性。

電子云的角度分布圖

三個問題：1.原子軌道的角度分布圖（即波函數）；2.電子云的角度分布圖；3.原子軌道

和電子云的角度分布圖的比較。（重點）

①原子就道的角度分布圖

1.00

0.97

0.87

0.71

0.S0

0.0()

-0.50

-0.71

-0.87

-0.97

>1.00

IKO

①原子凱道的角度分布圖①原子軌道的角度分布圖

①原子就道的角度分布圖

①原子軌道的角度分布圖

波函數W是量子力學中描述核外電子在空間運動狀

態的數學函數式,■子力學借用經典力學中描述物體運

動的“軌道”的這一名詞,把放蕩此“叫做應九歸ar.

“肆定語方fit的合理

〃=l,/=0,/W=0,匕M.”1s原子軌道..

〃=2,/=0,，”=0,々002s原子軌道,仁

〃=2,/=1,m=0,匕J。2p：原子軌道.r2p

三個量子數n,l,m確定一個原子軌道。

第5集化學概論——原子結構（五）

電子云的角度分布

P:電子云的角度分布圖

1=0的狀態即為s態（上圖）

原子軌道角度分布圖與電子云角度分布圖的比較（重點）

結構化學里面的電子云的黑點圖:

等密度曲線圖:

界面圖：

網格立體圖:

原子軌道輪廓圖：

原子軌道輪廓圖

主量子數n是決定電子層數的。用它來描述原子中電子出現概率最大的區域離核的遠近。

〃的取值范圍：

〃=1,2,3,4,5,6,7.......（正整數）

K,L,M,N,O,P,Q.......（光譜符號）

主量子數n是決定電子能量高低的主要因素*n為不等于0的正整數）

單電子原子（或類氫離子）：原子核外只有一個電子的原子或離子。

單電子原子（或類氫離子）的性質：

電子能量只與主量子數n有關，n值越大，電子的能量越高。

/Vjv/v4

第6集化學概論——原子結構（六）

多電子原子的性質：

核外電子既與n有關，又與1有關，又取決于n和1的取值。不能只取決于n值的大小。

角量子數（副量子數）1

1的取值范圍：對于給定的n值，1只能取小于n的整數值。

/=0,1,2*3,4*5.......（〃?1）

S*p*d*f?g,h.......（光譜符號）

電子層數〃值電子分層/值電子分層數

101s

20!2s2P

30123s3p3d

401234s4p4d4f

角量子數1與多電子原子中的電子能量有關：

即多電子原子中電子的能量不僅與主量子數n有關，還與角量子數1有關。

/=0123……

?（“、/都不同，能級交錯，在多電子原子的能級里講授）

磁量子數m

磁量子數m是決定原子軌道或電子云在空間的伸展方向。

m的取值與角量子嘉必有那

對于給定的1值，有2碎R個用的

取值，可以取從1到的沁町砧京由整

數，其中包括零：5滿H1W2,

±3±1用

一種

池于在空間無方向姓

M."f=0狀再

三葉

電子〃尸0.±1在空間有三種取向

A=l.p狀態

五秒

仁電子〃F=0,±1.±2在空間有五種取向

2,<1狀態

七秒

也子〃產0,±1,±2.±3在空間有七料取向

if狀態

簡并軌道

第7集化學概論——原子結構（七）

精密觀察強磁場存在下的原子光譜，每一條譜線實際是由靠得很近的兩條譜線組成的。

也表示電子自旋運動的狀態，取值只有兩個:

S=++，

2

原子中每個電子的運動狀態需要用n,1,m,mx四個量子數來描述。（對比：三個

量子數n,l,m確定一個原子軌道。）

主量子數n是決定電子能量高低的主要因素。

角量子數1決定原子軌道的形狀，同時也影響電子的能量。

磁量子數m是決定原子軌道或電子云在空間的伸展方向。

自旋量子數決定電子自旋的狀態。

電子層、分層、原子軌道、運動狀態同量子數之間的關系

電子蜃分反(能嫌)自設電子展

主貨無語用量原子心量子粒中總的各電

庭量子ft.(M子層

子效符號于數道m?軌道效

n/符號ft

1K0Is110士士122

025102

2L24K

12|)36

03s102

3M13P330.+I.-196IK

23d5O,+|,-|,+2,-210

04s102

4N14P43士+16632

24<l5O,+l,-l,+2,-210

34f71.-1.-2.-2.13.-314

n2/+In'JRi

小結：

1.電子是微觀粒子，具有波粒二象性，不能同時確定其位置和動量，它的空間運動狀態

需要用波函數8來描述，

2.在微觀世界中，核外電子運動的能量是不連續的，分為不同的能級(n),電子運動的

每一個狀態均需要用四個量子數(n,1,m,mx)來確定。

3.波函數、原子軌道、電子云的區別和聯系。

A.波函數/就是原子軌道，三個量子數n,1,m確定一個波函數0,n,1,m?

B.四個量子數n,1,m,確定電子的一種空間運動狀態。

C.電子云是電子在空間出現的概率密度分布的形象化表現。

原子軌道跟電子云的區別：原子軌道的圖像中有正、負號，電子云的圖像中則沒有。

4.四個量子數之間相互聯系又相互制約。

A.在同一原子中不可能有四個量子數完全相同的兩個電子存在。

多電子原子的能級

核外電子排布的能級

我們所得到的原子軌道能級圖，從薛定謂方程不能得到精確的解，只能借助于某些實

驗數據或做近似處理得到核外電子排布的基本規律。

曼林原子軌道能級圖

IArMMtt

oooooo50000^

TOD“

5ooooo

A?Iw?2

原子軌道的近似能級圖圖中的能級順序是指價電子層中填入電子時各能級能量的相對

身低。

由近似能級圖，我們可以看出：1.角量子數1相同的能級，其能量大小由主量子數n決

定，n越大能量越高。2.主量子數n相同，角量子數1不同的能級，其能量隨1值增大而升

高。n相同，軌道能級不同的現象叫能級分裂。.

第8集化學概論——原子結構（八）

鮑林的原子軌道能級圖簡單明了，基本反映了多電子原子的核外電子填充的次序。

填充次序：Is、2s>2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、

屏蔽效應：

屏蔽規則：

1.外層電子對內層指定電子的屏蔽作用忽略不計為零。

2.指定電子只受處于內層和同層的其他電子的屏蔽。

3.如果指點電子是最外層電子，處于內層和同層的其他電子對它的屏蔽作用大小是:

同處于n層的電子〈處于n-1層的電子〈處于n-2層的電子。

4.同一內層電子對指定外層電子的屏蔽作用，指定外層電子的1值越大，它受到內層電子的

屏蔽作用越大:

2s電子有2個峰，有小峰靠近原子核，2P電子只有1個峰，沒有靠近原子核的小

峰，這表示2s電子能夠繞開2p,能夠繞開原子核的內部，所以它受其他電子的屏蔽就比較

小。

第9集化學概論——原子結構（九）

鉆穿效應:

受到屏蔽作用的大小:

3s電子＜3p電子＜3d電子

核外電子能量排布原則：

1.能量最低原理；

2.泡利不相容原理；（2電子必須自旋相反，不能相同）

3.洪特規則；（先填滿前面的電子，再填后面的電子）

原子的電子層結構和元素周期系

五個大問題：1.原子的電子層結構；2.原子的電子層結構與元素的分區（s區、d區、ds區、

p區、f區）；3.原子的電子層結構與元素的周期；4.原子的電子層結構與元素的族；5.元

素基本性質的周期性（①原子半徑的周期性、②電離能的周期性、③電子親和能的周期性、

④電負性的周期性）

?

HrG

Nt.

Ar.

Kr.

xtG

Ka

周期性從左到右，原子半徑在逐漸縮小，稀有氣體不是共價半徑，它原子半徑突然變大，因

為稀有氣體是氮原子分子；金屬性逐漸減弱，非金屬性逐漸增強；

周期性自上而下，原子半徑在逐漸增大，隨著電子層數的增多，原子半徑在增大；金屬性逐

漸增強，非金屬性逐漸減弱。

同一主族元素自上而下，原子半徑逐漸增大；金屬性逐漸增強；

同一副族元素自上而下，原子半徑的變化不如主族的明顯。

電離能：

第一電離能：使元素丟掉一個電子，叫做第一電離能。

電離能越小，金屬性越強；

電離能越大，非金屬性越強。

電離能的反常現象：

同一周期主族元素：N（氮）>0（氧），P（磷）>S（硫）

半充滿

電子親和能是元素非金屬性的一種標度，元素的電子親和能越大，非金屬性越強。

電子親和能的反常現象：

電子親和能的反常現象鹿

VIA族的0<SMA族的匚;Cl

第10集化學概論一一原子結構（十）

電負性的一般規律：

5.元素基本性質的周期性

（4）電負性的周期性

——一小

_電,能增加

同一周期自左向右：元寶的電魚植遞增；"電子*和能增加

電寅狀增加

同一主族自上而下：元束的電遞上

同一副族自上而下：元大的電變化規件不明區;

金屬元大原子牛桎增大

電用能發小

非公屬元去t?H>2.o電子*和能或小

電3小

目錄入原子的電子層結構和元素周期系

一、較外電子的埃?狀友i?餐子的電子層結構

I.U定調方H-HU的波動方程IK子的電子屬培構與元康的分區

??波硒的空洞圖象3.?子的電子層結構與元*的網斷

4?子的電子屏結構與元康的能

［小儲

4元戢區本性質的陽斷n

二、粒外■子的捧布

（I）?十牛出州局1的

?.多電子原子的能級（2）電S區的用材

z楂州電子桂布的鐮剜□）

（4）電■粒的網

三、及子的電子層結構粕元素JH期系

習題：

1.當主量子數n=4時，有幾個能級？各能級有幾個軌道？最多能容納多少電子？各軌道之間

的能量關系如何？

答：當主量子數n=4時，這一電子層中共有s、p、d、f四個能級；s能級有1個軌道，p能

級有3個軌道，d能級有5個軌道，f能級有7個軌道；每個軌道最多容納2個電子，所以

當主量子數n=4時，最多能容納32個電子；對單電子或類氫離子體系，個軌道之間的能量

關系為：4s=4p=4d=4f；對多電子體系，各軌道之間的能量關系為：4s<4p<4d<4f?

2.某元素的原子序數為24,試問：

(1)這種元素的原子中總共有幾個電子？

答：這種元素的原子中總共有24個電子。

(2)它有幾個電子層？幾個能級？

答：

注：3d軌道中，5個電子是半充滿，穩定。

(3)它的外層電子結構如何？它有幾個價電子？

答：

(4)它是第幾周期第幾族元素？

答：銘

(5)它有幾個成單電子？

答：它有6個成單電子。

楊振寧

第11集物理學的誘惑①

法拉第帶領人類走進電的時代。

麥克斯韋帶領人類走進電磁波通信的時代。

1861年秋，麥克斯韋證明有電磁波。波速每秒193,088英里，光速每秒193,118英里。總結

到：光波即電磁波。

吳健雄的實驗證明了夕衰變的宇稱不守恒。

電荷守恒：

第12集物理學的誘惑②

0-T之謎

一開始發現。變成兩個左，而了變成三個乃，后來隨著精確的實驗，發現。和T有相同的質

量，精確度達1%至2%：。和7有相同的有相同的壽命，準確度達20%。

人們相信宇稱守恒的原因：1.宇稱守恒即物理世界是左右對稱的；2.左右對稱有很大的直覺

和審美的感召力；3。宇稱守恒非常準確地在原子物理中守恒。

楊振寧和李政道的猜想步驟：

1.猜想對大多數的力量而言，宇稱是守恒。但在弱相互作用下未必如此。

2.研究證明，之前的所有夕衰變實驗都跟宇稱守恒無關。

3.提出幾個實驗，測試在p衰變及其他的弱相互作用中，宇稱是否守恒。

楊振寧和李政道的文章中指出：在弱相互作用中，宇稱是否守恒缺乏實驗證明。

第13集物理學的誘惑③

宇稱不守恒是弱相互作用下的一般特征。

宇稱不守恒的影響：1.把“對稱觀念”提升為基本理論物理的一個中心概念；2.對“離散對

稱性”的深入了解（電荷共枕、時間逆轉）；3.對中微子性質的研究具有決定性的影響。

1988年，發現兩種中微子

1995年，發現第三種中微子

2002年，發現三種中微子相互轉變

第14集物理學的誘惑④

去美國念書要考慮的問題：1.美國的社會習慣與中國不同。2.美國的教育原則與中國不同。

3.與其他留學生討教經驗。

張首晟（sheng）

第15集日常生活中的量子物理學（一）

第16集日常生活中的量子物理學（二）

第17集日常生活中的量子物理學（三）

第18集日常生活中的量子物理學（四）

馬宗晉

第19集近年亞洲巨災的災情和成災基理（一）

世界上各類自然災害大致可分為8大類

*%

干早洪水地震海驪

drouglilfloodearthqiuikeisuiwmi

O

崩滑.

風暴野火美山

stormwildfirevolcanocollapse-slide

干旱問題、洪水問題、地震問題、海嘯問題、風暴（臺風問題）、野火問題、火山問題、崩

滑問題（汶川大地震）

全球20M紀以來Q災的地理分布

第20集近年亞洲巨災的災情和成災基理（二）

?山地震j____________.

震級：7.8級1唐山地慎沒有預報出來的重要原因

時間：1976年7月28日

死亡：24.2萬人沒有提出一個統一意見

損失：超過200億元>.跟遼寧海城地震有關

【海城大地震】I

雙級7.3,波及6市10縣，

僅有1300多人死亡，占

全地區人口的0.016%,|中國翻

；在世界歷史上成功預報

%七級以上大展尚屬首次W

田982輪開摒性加蝴潴會

■

大陸地震活動和地雙預報國際顫凝彈鐳

1982年第一次會議

1992年第二次會議

2002年第三次喻十徽

2012年第四次會鍬

全球地震的類型

?環太平洋地震帶

?海嶺地震帶

（主要分布在太平洋:；洵］度除

?歐亞地震翻

第21集近年亞洲巨災的災情和成災基理（三）

中國巨災時間分布圖

第22集近年亞洲巨災的災情和成災基理（四）

海洋性災害經濟救失增長圖

氣象部門、水利部門、農業部門

第23集近年亞洲巨災的災情和成災基理（五）

中國主要城市人口(2000年)

UrbanPopulationofMaprCUtetinClvna(2000)

地震研究應該首先考慮人的因素。

我國目前還沒有很好地推動災害保險問題。

第24集近年亞洲巨災的災情和成災基理（六）

1900年以來中國c級以上地表分布圖

（七）

基理

成災

情和

的災

巨災

亞洲

近年

集

第25

四

川

盆

地

區

域

地

質

簡

圖

J|

，

度說

究角

學研

從科

。

問題

深度

難是

大困

的最

地震

研究

程

震過

的地

地下

研究

波，

地康

利用

錄并

□記

態

的形