the note of high school chemistry competition
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唐琳杰。this note
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tesli2．1 原子结构。
2.2.1 原子结构理论的初期发展。
1．人们对原子结构的认识。
原子”的概念——古希腊思想家德谟克利特首先提出；
近代原子学说——2023年，英国化学家道尔顿提出。其要点（1）一切化学元素都是由不能再分割的微粒——原子组成的；（2）原子是保持元素化学性质的最小单元；（3）两种或多种元素的原子结合而成化合物的分子，分子是保持化合物化学性质的最小单位。
2．原子的组成。
（1）电子的发现：
2023年，英国科学家克鲁克斯（总结了对阴极射线的研究；
2023年英国物理学家汤姆森（确认阴极射线是带有负电荷的微观粒子——电子，并测定了电子的电荷与质量之比（1.759×108cg-1），并证明这种粒子存在于任何物质中。
2023年美国物理学家密立根（robert a. millikan）测定了电子的电量为1.602×10-19c，从而计算出一个电子的质量等于9.
11×10-28g，约为氢原子质量的1/1840。
（2）元素的天然放射性。
原子是电中性的，电子带负电，那么原子中必然含有带正电荷的组成部分，且正电荷总量=电子所带的负电荷总电量。放射性元素衰变是放出α射线，带正电，说明原子中含有带正电荷的微粒。
3）原子含核模型的提出。
2023年，卢瑟福（renest rutherford，英国物理学家）α散射实验，提出含核原子模型：原子的质量几乎全部集中再带有正电荷的微粒——原子核上，核的直径只有原子直径的万分之一，带负电的电子象地球围绕太阳运转一样围绕着原子核高速运转。
4）原子结构的进一步认识：
发现中子，不带电荷，确立近代原子结构模型。
3．氢原子光谱和玻尔(bohr)理论。
2.1.2 核外电子运动的特征。
1． 微观粒子的波粒二象性。
1）光的波粒二象性：1）粒子性——光电效应；波动性——光的衍射、干涉等现象。根据普朗克（planck）的量子论和爱因斯坦(a.
einstein)的光子学说，光的能量与频率之间存在如下关系。
（h : 普朗克常数6.62×10-34 j·s）
结合质能联系定律e＝mc2，可以推出。
能量e和动量p：表征粒子性；频率和波长：表征波动性。
2）微观粒子的波粒二象性——德布罗意波：
德布罗意（ broglie，法国物理学家）1924 年提出实物粒子也具有波粒二象性的假说，存在着如下关系：
这种波叫作物质波，亦称为德布罗意波。并于2023年由戴维逊（和革末（的电子衍射实验得到证实。
微观世界如何认识——考虑微观粒子运动的统计规律。
2． 测不准原理。
海森堡（奥地利物理学家）1927 年提出了测不准原理，同时准确测定一个微粒的动量和位置是不可能的：
或。式中为粒子的位置的不准量，为粒子的动量的不准量，δ为粒子速度的不准量。
（1）对于宏观物体子弹，m=0.01kg ，v=1000m·s－1。若=10－4 m，则。
可以忽略不计——宏观物体的速度和位置可以同时准确测定！
（2）对于微观粒子电子，≈10-11 m，m=9.11×10-31kg ，则。
大于电子的速度（106m·s-1）。所以，电子等微观粒子速度和位置不可以同时准确测定。
2.2 核外电子的运动状态。
2.2.1薛定谔方程和波函数。
1．描述核外电子运动状态的基本方程——薛定谔方程。
微观粒子具有波粒二象性，其速度和位置不能同时准确测定，如何描述其运动规律？用统计的方法来描述和研究粒子的运动状态和规律，量子力学。
2023年，薛定谔（erwin schrdinger，奥地利物理学家）提出了描述核外电子运动状态的波动方程（薛定谔方程）：
x，y，z：核外电子的空间坐标；e：电子的总能量；v：势能；m：电子的质量；h：普朗克常数；ψ：波函数。
2．波函数ψ、原子轨道和概率密度。
1) 薛定谔方程的解波函数ψ是量子力学中描述核外电子运动状态的数学函数式，与电子的空间坐标有关。
2) 波函数的空间图象就是原子轨道；原子轨道的数学表示式就是波函数。
3) 波函数ψ描述了核外电子可能出现的一个空间区域（原子轨道），不是经典力学中描述的某种确定的几何轨迹。
4) ψ没有明确的物理意义，但 |y|2 表示空间某处单位体积内电子出现的概率（概率密度）。
2.2.2四个量子数。
n，l，m是薛定谔方程有合理解的必要条件，称为量子数。对应于一组合理的n,l,m取值则有一个确定的波函数ψn,l,m(x,y,z)。还有一个描述电子自旋特征的量子数ms。
1． 主量子数n
主量子数：描述原子中电子出现概率最大区域离核的远近，或者说代表电子层数。
取值、…等正整数。n越大，出现概率最大区域离核越远，能量越高。
光谱学符号为：
2．角量子数l
角量子数：表示原子轨道角动量的大小，原子轨道或电子云的形状，即电子亚层。
取值……n-1) （共n个取值），对应的光谱学符号s、p、d、f、……电子云形状分别为球形、哑铃形、花瓣形……等。从能量角度上看，这些分层也常称为能级。
2.2.3波函数的空间图象。
1．概率密度的表示方法。
1) 电子云：在以原子核为原点的空间坐标系内，用小黑点密度表示电子出现的概率密度，离核越近，小黑点越密，表示电子在那些位置出现的概率密度大；离核越远，小黑点越稀，表示电子在那些位置出现的概率密度小。
2) 等概率密度面图：将电子在原子核外出现的概率密度相对值大小相等的各点连接起来形成一个曲面叫做等概率密度面。
3) 界面图：界面图是选择一个等密度面，使电子在界面以内出现的总概率为90~95% 。
各种状态的电子云的分布形状：
2)角度分布。
y(q,j)对q,j作图可得原子轨道的角度分布图，对q,j作图可得到电子云的角度分布图。
原子轨道角度分布图胖一点，而电子角度分布图瘦一点。这是因为y<1，所以y2< y。
原子轨道角度分布图有 “＋符号表示y(q,j)的角度分布图形的对称性关系，符号相同则表示对称性相同，符号相反则表示对称性相反；而电子云角度分布图均为正值。
2.3原子的电子层结构与元素周期系。
2.3.1多电子原子的能级。
1. 鲍林近似能级图。
1）对于氢原子或类氢离子(如he＋ 、li2＋)原子轨道的能量：
l原子轨道的能量e随主量子数n的增大而增大，即e1sl而主量子数相同的各原子轨道能量相同，即e4s＝e4p＝e4d＝e4f。
2）多电子原子轨道能级图。
1939 年，鲍林(pauling，美国化学家)根据光谱实验的结果，提出了多电子原子中原子轨道的近似能级图，又称鲍林能级图。
高中化学笔记加竞赛全集
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