化学原理[3]原子结构2ppt课件.ppt

3 2 3微观粒子的波粒二象性 光的二象性 17世纪末 牛顿和惠更斯分别提出了光的微粒说和波动说 电子的波粒二象性 LouisdeBroglie1892 1987 法国 1924年提出 电子等微观粒子除具有粒子性外 同样具有波动性 这种波被称为物质波 德布罗意波 1929年诺贝尔奖 波粒二象性是微观粒子的运动特征 需要用量子力学来描述 电子的粒子性与波动性定量的联系了起来 任何运动质点 包括宏观物体都可以按照deBroglie式计算它们的波长 deBroglie物质波的意义 海森堡测不准原理 经典力学 可用准确的位置和动量描述宏观物体的运动 微观粒子 电子的质量 9 1 10 28g电子的速度 3 108m原子的空间 10 8cm 1932年诺贝尔奖 重要暗示 不可能存在Rutherford和Bohr模型中行星绕太阳那样的电子轨道 测不准关系不是限制人们的认识限度 而是限制经典力学的适用范围 说明微观体系的运动有更深刻的规律在起作用 这就是量子力学所反应的规律 思考与回顾 考虑如何计算运动速度为104m s 1的 粒子的波长 微粒运动的特点是什么 证明这些特点的实验基础是什么 电子质量为9 1 10 31kg 运动速度为5 9 105m s 1 电子的波长是多少 3 2 4波函数和原子轨道 Schrodinger方程 微粒的波动方程 电子的波动性可以看成是粒子性统计的结果 微观粒子的运动 虽然不能同时准确测定其位置和速度 但它空间某一范围出现的几率可用统计方法描述 微观领域内 具有波动性的粒子要用波函数 来描述 波函数 描述的是微观粒子在空间某范围内出现的几率 ErwinSchr dinger1887 1961 奥地利 波函数x y z 空间三维坐标方向m 微观粒子 电子 的质量E 微观粒子 电子 的总能量V 微观粒子 电子 的势能 波函数 是空间坐标的函数 1933年诺贝尔奖 把微观粒子的粒子性与波动性有机地融合在一起 更能真实地反映出微观粒子运动状态 可以解出一系列波函数 代表电子在原子中的各种运动状态 解薛定谔方程的目的 就是求状态函数 和与这个状态相对应的能量E Schrodinger方程的意义 Schrodinger方程的求解简介 1 坐标变换 p x y z p r 波函数和原子轨道 波函数 是量子力学中描述核外电子运动状态的函数式 一定的波函数表示电子的一种运动状态 也叫原子轨道 一般把与l 0 1 2 3 对应的波函数称为s p d f 态 波函数 就是原子轨道 原子轨道只是代表原子中电子运动状态的一个函数 代表核外电子的一种运动状态 每一种原子轨道 即每一种波函数 都有与之相对应的能量 2表示空间某处单位体积内电子出现的概率 即概率密度 2的空间图像就是电子云的空间分布图像 对于氢原子或类氢离子 小结 3 2 5概率密度和电子云 概率密度 2 由理论计算得到 电子在原子核外空间某点附近单位体积内出现的概率 电子云 概率密度的形象化图示 是 2的图像 概率 电子在空间内出现的几率 概率密度 单位体积内出现的概率 2 电子在核外空间出现的概率密度 通过理论计算得到 电子云 2的空间图像 是从统计的概念出发 对核外电子出现的概率密度作形象化的图示 要掌握的几个概念 d电子云 l 2的状态 f电子云 l 3的状态 3 2 6波函数的空间图象 氢原子各种状态的径向分布图 D r 只随半径r变化 由量子数n l决定 52 9pm 小结 2为概率密度 指核外空间某点附近单位体积内发现电子的概率 D r 指在半径为r的单位厚度球壳内发现电子的概率 电子在核外是按层分布的 主峰离核的距离1s最近 2s 2p次之 3s 3p 3d更次之 同理4s 4p 4d 4f更远 主量子数n的取值 代表电子层离核的远近 当n相同时 电子在核附近出现的机会为 ns np nd 外层电子钻到内层空间而靠近原子核的现象 称为 钻穿效应 离核较近的小峰都伸到 n 1 各峰的内部 伸入的程度各不相同 1s电子的概率密度在原子核附近最大 为什么它的概率的径向分布却在离核52 9pm处最大呢 问题 球壳体积与 2值的变化趋势相反 靠近核时 2值大 但球壳体积小 离核较远时 球壳体积大 但 2值小 两个变化趋势相反的因素导致在某一点上出现极大值 径向分布图的意义 电子概率的径向分布图表示了电子在整个空间出现的概率随半径变化的情况 从而反映了核外电子概率分布的层次性和穿透性 角度分布 波函数 r 的角度部分 Y 只随 和 角度变化 由量子数l和m决定 与n无关 原子轨道的角度分布图 Y 随 和 角度变化作图 波函数的角度分布图 电子云的角度分布图 Y 2随 和 角度变化作图 原子轨道的角度分布图 Y 只与量子数l和m有关 l和m相同的轨道 角度分布相同 注意 图中的 号没有正负电性的意思 对于pz轨道 通过坐标原点画出若干条射线 每条对应一组 和 值 将该组 和 值代入波函数式中进行计算 以计算结果标在该射线上某一点 用同样方法标出其它射线上的点 然后将所有的点相联 得沿x轴伸展的哑铃形面 对于px轨道 原子轨道 波函数 角度分布图 剖面图 电子云的角度分布图 pz电子云的角度分布图 表示电子在空间不同角度出现的概率密度的大小 反映了电子概率密度分布的方向性 电子云的空间分布图 电子云的空间分布图是径向部分与角度部分综合的结果 电子云的实际形状与角度曲面有关 但又是不相同的 把电子云的实际形状当成电子云的角度分布图是不合适的 ns电子云空间分布图 2p与3d电子云空间分布图 问题 什么是轨道的 节点 和 节面 例如2s轨道的两种表示法中 a 中原子核附近 r 0 电子概率密度最高 在离核某个距离处下降到零 概率密度为零的这个点叫节点 通过节点后概率又开始增大 在离核更远的某个距离升至第二个最大值 然后又逐渐减小 b 中的高密度小点出现在两个区域 一个区域离核较近