7、4、4、元素电势图
当某元素可以形成三种或三种以上氧化值的物种时,这些物种可以组成多种不同的电对,各电对的标准电极电势可用图的形式表示出来,这种图叫做元素电势图。
画元素电势图时,可以按元素的氧化值由高到低的顺序,把各物种的化学式从左到右写出来,各不同氧化值物种之间用直线连接起来,在直线上标明两种不同氧化值物种所组成的电对的标准电极电势。如碘在酸性溶液中的电势图为:
元素电势图对于了解元素的单质及其化合物的氧化还原性性质是很有用的。现举例说明。
1、判断岐化反应
左 右
A — B — C
岐化反应发生的一般规则:
右> 左.时, 则B发生歧化反应,B = A C。
例如: 中,Cu+可发生歧化反应生成Cu2+和Cu。
因为如将两相邻电对组成电池,则中间物质到右边物质的电对的还原半反应为电池正极反应,而到左边物质的反应则为负极反应。电池的电动势为 = 右- 左,若 右> 左, >0,表示电池反应可自发进行,即中间物质可发生歧化反应。
2、判断氧化剂的相对强弱
元素电势图能更加方便地比较在标准电极电势表中某种元素不同氧化态的氧化能力。
举例:
第八章 原子结构与元素周期系
§8、1 核外电子运动状态
8、1、1、核外电子运动的量子化特性—氢原子光谱和Bohr理论
光谱学的研究在原子结构理论的发展中是绝对不可或缺的。人们对原子中电子的分布和运动状态的了解,起初受到光谱的启发。
德国化学家R Bunsen首次注意到每种元素都有自己的特征线状光谱,科学家们借助分光器将不同化合物的光谱收集、分类,从而可以检测样品的组成,同时也能够用光谱来鉴别元素,叫做光谱分析。光谱分析在宇宙科学上有特殊意义。例如,1868年根据太阳光谱中有一条地球已知元素中所没有的鲜黄色的明线,发现了元素氦。
一只装有氢气的放电管,通过高压电流,氢原子被激发后所发出的光经过分棱镜,就得到氢原子光谱。其可见光区的线状光谱如图8-1。它们的特征是不连续的线状光谱,各谱线有各自的频率。
对于氢光谱这样明显的规律性,时隔几十年都未得到满意的解释。根据经典电磁理论,绕核高速旋转的电子将不断从原子发射连续的电磁波,原子光谱应是连续的,而且电子能量应该逐渐降低,电子将坠入原子核,则原子成为不稳定系统,然而,事实上原子是稳定的,原子光谱不是连续的却是线状的。直到1913年Bohr接受了Planck量子理论和Einstein光子学说,提出了以下原子模型的假设才成功地解释了上述氢原子光谱的成因和规律。Bohr假设的中心意思有以下两点:
1、 核外电子运动取一定的轨道。在此轨道上运动的电子不放出能量也不吸收能量;
2、在一定轨道上运动的电子有一定的能量,这能量只能取某些由量子化条件决定的正整数值。根据量子化条件,可推求出氢原子核外轨道的能量公式:
或
RH为Rydberg常数,其值为2 179×10-18J。
=1,2,3,4,….
第一条假设则回答了原子可以稳定存在的问题。
氢原子在正常状态时,电子尽可能地处于能量最底的轨道,这种状态称为基态。氢原子处于基态时,电子在 =1的轨道上运动,能量最底,为13.6 (或2 179×10-18J);其半径为52.9 ,称为Bohr半径。所以原子可以稳定存在。
第二条假设,是Bohr把量子化条件引入原子结构中得到了核外电子运动的能量是量子化的结论。表征微观粒子运动状态的某些物理量只能是不连续的变化,称为量子化。核外电子运动能量的量子化,是指电子运动的能量只能取一些不连续的能量状态,又称为电子的能级。当氢原子受到放电等能量激发时,电子由基态跃迁的激发态。但处于激发态的电子是不稳定的,它可以自发的回到能量较低的轨道,并以光子的形式释放出能量,因为两个轨道即两个能级的能量差是确定的,所以发射出来的射线有确定的频率。因为能级是不连续的,即量子化的,造成氢原子光谱是不连续的线状光谱,各谱线有各自的频率。
8、1、2、核外电子运动的波粒二象性
20世纪初,人们了解到光具有波粒二象性。光在传播过程中的干涉,衍射等实验现象说明光具有波动性;而光电效应、原子光谱等现象又说明光具有粒子性。所以既有波动性又有粒子性,称为光的波粒二象性。
电子的发现和光电效应等实验事实,早就证实了电子的粒子性。电子的质量和体积都很小。但它在核外运动的速度却大的惊人接近光速。受光的波粒二象性的启发,1923年,法国物理学家德布罗意采用类比的方法,提出了微观粒子具有波粒二象性的假设。1927年戴维逊和革末进行了电子的衍射实验。两位科学家将一束高速电子流通过镍晶体(光栅)射到荧光屏上时,得到了和光衍射现象相似的一系列明暗交替的衍射花纹,这种现象称为电子衍射。衍射是一切波动的共同特性,由此充分证明了高速电子流除有粒子性外,也有波动性,称为电子的波粒二象性。出光子和电子外,其他微观粒子如质子、中子、原子、分子等也具有波粒二象性。波粒二象性是微观粒子的基本属性之一。
这种具有波粒二象性的微观粒子,其运动状态和宏观物体的运动状态不同。例如,飞机、导弹、人造卫星等的运动,在任何瞬间,人们都能根据经典力学理论,准确的同时测定它的位置和动量(或速度)。而对于具有波粒二象性的微观粒子,却不能同时求到位置和动量,所以,经典力学的运动轨道的概念在微观世界中也就不能存在了。即时说,不能用经典力学的方法来描述电子的运动。


