量子力学对原子核外电子运动状态的描述.ppt

第一节 原子结构模型 （2） 本节课的关键词: 原子轨道 主量子数 n 角量子数 l 磁量子数 m 自旋磁量子数 ms 电子云 二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述 1. 原子轨道与 四个量子数 联想质疑波尔只引 入一个量子数n,能比 较好地解释了氢原子 线状光谱产生的原因 ；但复杂的光谱解释 不了。 在钠原子中 n=4n=3 电子跃迁 在氢原子中 n=2n=1 电子跃迁 也得到两条靠得很近的谱线 实验事实: 原子轨道与四个量子数 （）原子光谱带来的疑问？ 钠原子光谱在n=3到n=4之间会产生两(多)条谱线 氢原子光谱在n=到n=之间谱线实际上是两条靠得非 常近的谱线 在磁场中所有原子光谱可能会分裂成多条谱线 这些问题用玻尔的原子模型无法解释 原子中电子的运动状态应用多个量子数来描述 量子力学中单个电子的空间运动状态称为原子轨道. 每个原子轨道可由三个只能取整数的量子数n、 l 、m共同描述. 薛定谔方程薛定谔方程 与四个量子数与四个量子数 1887-1961 E.Schrodinger , 奥地利物理学家 思维历程: 量子力学的诞生 (教材P6). 了解了解: : 薛定谔方程薛定谔方程(1926(1926年提出年提出) ) HH=E 量子力学中描述核外电子 在空间运动的数学函数式，即原子轨道 E轨道能量（动能与势能总和 ） m微粒质量， h普朗克常数 x,y, z 为微粒的空间坐标 (x,y,z) 波函数 （）四个量子数 主量子数n: 描述电子离核的远近 n取值为正整数， 对应符号为 ， n 所表示的运动状态称为电子层 练习:下列各层电子能量的从高到低的顺序是 A. M层 B . K层 C . N层 D . L层 角量子数l :描述(电子云)原子轨道的形状 l 取值为 0， (n-1)共n个数值 符号为 s， p， d， f 等 若电子n、 l 的相同，则电子的能量相同 在一个电子层中，l 的取值有多少个，表示电子层 有多少个不同的能级 练习:找出下列条件下能级的数目,并写出其能级的符号 A. n=1 B. n=2 C. n=3 D. n=4 1 1s 2 2s 2p 3 3s 3p 3d4 4s 4p 4d 4f 规律: 每层的能级数值=电子层数 磁量子数m: 描述磁场中原子轨道的能量状态 m可以取0、1、2 l共(2l +1)个数值. 如l =0, m只可以取0,对应的谱线只有一条. 如l =1, m可以取0, 1,对应的谱线有三条. n、 l 、m确定,原子轨道就确定了. 练习:找出下列条件下原子轨道的数目 A.n=1 B. n=2 C. n=3 1 1s 4 2s 2px 2py 2pz 9 3s 3px 3py 3pz 3d3dxy xy 3d 3dyz yz 3d 3dxz xz 1010 3d 3dx2-y2 x2-y2 3d 3dz2 z2 规律规律: :每层的原子轨道数为层数的平方每层的原子轨道数为层数的平方(n(n 2 2 ) ) 自旋量子数ms:描述在能量完全相同时电子运 动的特殊状态(简称为电子自旋状态). 处于同轨道上的电子的自旋状态只有两种. 分别用ms =+1/2(通常用符号表示). ms= -1/2 (通常用符号表示). 注意:自旋并不是”自转”,实际意义更为深远. (阅读教材P8 化学与技术) 练习:实验证明,同一原子中电子的运动状态均不 相同.试推断: 每个原子轨道最多有几个电子? 每个电子层最多有多少个电子? (3)量子数和原子轨道的关系 nlm原子轨轨道ms 取值值符号取值值符号取值值符号取值值 1K0s0 1/2 2L 0s0 1/2 1p0, 1 1/2 3M 0s0 1/2 1p0, 1 1/2 2d0, 1 2 1/2 1s 2s 2px 2py 2pz 3s 3px 3py 3pz 3dxy 3dyz 3dxz 3dx2-y2 3dz2 知识小结: 原子轨道原子轨道: :量子力学中单个电子的空间运动状态量子力学中单个电子的空间运动状态 描述描述原子轨道原子轨道的量子数是的量子数是: :n n、l l、m.m. 描述电子运动的量子数是描述电子运动的量子数是: :n n、l l、m m 、mm s s . . n n、l l、m m 、mm s s 的取值与原子轨道数的取值与原子轨道数, ,可容纳的电子可容纳的电子 数的关系数的关系. .表表1-1-11-1-1 每层的能级数每层的能级数= =电子层数电子层数(n)(n)