2015年电气工程师考试普通化学知识点氢原子结构

　　一、原子的组成

　　(一)元素和原子序数

　　1、元素

　　原子核里质子数(即核电荷数)相同的一类原子的总称.

　　2、原子序数

　　元素按核电荷数由小到大排列成序,形成的原子序号.

　　(二)原子的组成

　　1、原子的组成

　　原子由原子核和核外电子组成,原子核又是由质子和中子组成的.

　　2、电荷数

　　原子不带电,但是原子中的电子和质子带电.其电荷数的关系是

　　原子序数=核内质子数=核电荷数=核外电子数

　　3、质量数

　　由于电子的质量很小,可忽略不计,因此,原子的质量可近似认为

　　质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)

　　4、标记

　　X代表元素符号,A代表质量数,Z代表质子数 .即：AZX

　　二、同位素

　　1、同位素定义

　　质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子

　　2、同位素仅仅是中子数不同,但是它们的核电荷数,核外电子数相同,因此它们的化学性质相同.

　　3、同位素有稳定同位素和放射性同位素两种

　　4、衰变

　　放射线同位素能从原子核中自发地放射出射线,发生了原子核反应,结果原来的同位素变成了另一种新元素,这种变化叫衰变.

　　5、示踪原子

　　放射线同位素的原子放射出来的射线,很容易被灵敏的探测仪器发现,故叫”示踪原子”

　　6、原子量的计算

　　原子量是按照各种天然同位素原子所占的百分比计算出的平均值.

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

　　三、氢原子光谱与Bohr理论

　　量子化特征——表征微观粒子运动状态的某些物理量具有不连续变化的特征。

　　2、玻尔(Bohr)理论

　　三点假设：

　　①核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动,且不辐射能量;

　　②通常电子处在离核最近的轨道上，能量最低——基态(1个);轨道的不同能量状态称为能级;

　　原子获得能量后，电子被激发到高能量轨道上，原子处于激发态(多个);

　　③处于激发态的电子不稳定，有可能从能级高的轨道跃迁到离核较近的低能轨道，甚至恢复为基态。这时以光的形式释放能量 。

　　1924年，[法]物理学家德布罗依预言：微观粒子也应具有波粒二象性。

　　3、 电子的波粒二象性

　　1927年，Davissson和Germer应用Ni晶体进行电子衍射实验，证实电子具有波动性。

　　波粒二象性是——微观粒子的运动特征

　　(1) 海森堡测不准原理：

　　1927年，德国物理学家海森堡提出测不准关系

　　用位置和动量来描述微观粒子的运动时，所测位置的准确度愈高，则其动量准确度愈低，反之亦然。

　　即不可能同时准确测定微粒的空间位置和动量。

　　(2)核外电子运动状态的描述

　　核外电子的运动状态只能用建立在量子化和统计性基础上的量子力学来描述。

　　提出描述电子运动规律的波动方程,又叫薛定谔方程对于氢原子中的电子,其薛定谔方程是

　　波函数的平方代表电子在核外空间某处单位体积内出现的概率,也就是电子的概率密度.

　　为了直观、形象地表示电子在核外空间概率密度的分布情况，量子力学引用电子云概念。

　　(3) 电子云

　　ⅰ定义

　　将电子的运动状态用统计的方法,得到一个电子在核外空间运动的图象,这个图象好像原子核外笼罩着一团电子形成的云雾,这就是所谓的“电子云”。

　　ⅱ图形

　　(a)等密度面图和界面图

　　等密度面:将电子出现几率相等的各点联成的一个曲面叫等密度面.若干个等密度面构成的图形叫等密度面图.

　　在某一个等密度面内电子出现的总几率达95%以上,该等密度面就是电子云的界面,其图形叫界面图.

　　(b)黑点图

　　用小黑点的疏密来表示电子概率密度分布的图形

　　(c)径向分布图

　　核外电子的概率分别随离核距离的变化而变化的图形

　　(d)电子云的角度分布图

　　角度分布图是各态电子云的概率密度分布随空间角度而变化的图形。

　　波函数不是一个数值,而是空间坐标数学表达式,是反映电子运动规律最基本的函数.表明电子可能出现的区域.不同的区域有不同的ψ值,习惯上就将一个波函数称一个轨道.

　　原子轨道角度分布图不同空间ψ值的相对大小,可以用原子轨道角度分布图表示.

　　比较电子云角度分布图和对应原子轨道角度分布图可知:相同点：

　　① 两种图形的形状很相似.②出现极大值的方向也相同.

　　不同点：①电子云角度分布图略“瘦”。②原子轨道角度分布图有

　　正负之分。

　　四、核外电子运动状态的量子数描述

　　核外电子的运动状态可以用n、l、m、ms四个量子数来描述

　　1、主量子数(n) 电子层数

　　主量子数n是用来表示核外电子运动离核远近的数值.

　　取值范围:除0以外的正整数.

　　表示： n=1、2、3、4……

　　对应的字母K、L、M、N……

　　意义：不仅表示电子运动离核的远近,也反映了电子能量的高低.数值越小,能量越低.

　　2、角量子数(l) 电子亚层又叫副量子数

　　角两字数l是用来描述轨道形状的数值.

　　取值范围:0到n-1的所有正整数.

　　表示:对应于l =1、2、3、4……(n-1)的每个数值,可用相应的s、p、d、f……等字母表示各值.

　　轨道形状：s为球形,p为哑铃形,d为花瓣形,f为更复杂的图形.

　　意义:不仅表示电子运动轨道的形状,也与电子的能量有关,数值越小,能量越低,即Ens

　　3、磁量子数(m) 电子云的伸展方向

　　同一亚层中,电子云的形状相同,但它们有不同的伸展方向,参看前面的原子轨道图,都是哑铃形,有x、y、z三个方向伸展的轨道.磁量子数就是用来描述电子云在空间伸展方向的数值。

　　取值范围：从+l 到-l并包括0在内的整数值。m=0、±1、±2、±3……±l。

　　意义：指出轨道的伸展方向，从而确定具体的轨道。

　　4、自旋量子数(ms) 电子自旋

　　原子中的电子不仅围绕着原子核运动，也围绕着本身的轴转动，这种转动叫做电子的自旋。Ms就是用来描述电子自旋方向的数值。

　　取值：自旋只有两个方向，顺时针和逆时针，因此只有两个值，+1/2和-1/2。也可以用“ ”、“ ”

　　意义：表示在同一轨道中，只能容纳两个自旋相反的两个电子。从而确定了具体的电子。

　　因此有：决定电子能量的量子数有n、l;决定电子运动轨道的量子数有n、l、 m;决定电子运动的量子数有n、l、m、ms。

　　5、 n、l、m、ms的数值关系

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