原子结构模型

8.1原子结构的基本模型MAINMODELOFATOMICSTRUCTURE,1,2,上章,下节,8.1.1氢原子光谱和玻尔理论8.1.2氢原子的量子力学模型,返回章,8.1原子结构的基本模型,3,特征:,不连续,线状的;线状光谱(不连续光谱)连续光谱(continuousspectrum),n=3,4,5,6,有规律(1885巴尔麦).,8.1.1氢原子光谱和玻尔理论,休息,1.氢原子光谱(atomicspectrumofhydrogen):,卢瑟福含核原子模型.,4,通常原子所处的能量最低状态.,定态轨道(orbit)假设;轨道能量假设;轨道能量quantization.原子轨道不同能量状态称为能级(energylevel).,2.玻尔理论(1913)的要点:,基态(groundstate):,玻尔,8.1.1氢原子光谱和玻尔理论,能量的吸收与释放假设.跃迁(jump),.,6,休息,5,氢原子轨道能级示意图,8.1.1氢原子光谱和玻尔理论,6,原子中electron处于离核较远,能量较高轨道上运动的状态.,激发态(excitedstate):,普朗克常数,8.1.1氢原子光谱和玻尔理论,absorption或emission的频率与两个定态轨道间能量差E的关系为:,如当氢原子中电子从n=3轨道跃迁回n=2轨道时所发射光的波长为:,=656.0nm.,4,休息,7,玻尔理论的局限性.,8.1.1氢原子光谱和玻尔理论,目录,休息,8,1.微观粒子的运动特征:,(1)波粒二象性(wave-particledualism):电子衍射实验.阴极射线管中两极间的小轮当电子流通过时会转动.(2)统计性:测不准原理(uncertaintyprinciple,1927):,8.1.2氢原子的量子力学模型,海森堡,对具有波粒二象性的微粒而言,不可能同时准确测定它们在某瞬间的位置和速度(或动量).,休息,9,原子核外电子运动没有确定的轨道,而是具有按概率分布的统计规律.,2.波函数与原子轨道角度分布图:,(1)波函数():薛定谔方程(1926):,8.1.2氢原子的量子力学模型,概率波.,薛定谔,波函数,原子的总能量,原子核对电子的吸引能,电子的质量,普朗克常数,电子的空间坐标,休息,10,对氢原子来说,是描述氢原子核外电子运动状态的数学表达式.,8.1.2氢原子的量子力学模型,态函数.(2)波函数与原子轨道:,坐标系,(x,y,z)(r,)=R(r)()()=R(r)Y(,).,薛定谔方程每一个合理的解i代表了原子中电子一种可能的运动状态,与该解对应的能量值就是该定态对应的能级.,径向波函数,角度波函数,休息,11,波函数的空间图像原子核外电子运动的空间范围,可看成“原子轨道”(AtomicOrbital)(或“原子轨函”).,(3)原子轨道角度分布图:Y(,),图如pz原子轨道.由薛定谔方程:,Y(pz)=Rcos,8.1.2氢原子的量子力学模型,将不同的代入,求得相应的Y(pz),所得曲线绕z轴旋转360.,常数,休息,p角度函数图.dxy;dxz;dyz;dx2-y2;dz2函数图.,12,描述电子在核外出现的概率密度分布所得到的空间图像.,原子核外某处单位体积内电子出现的概率,用|2来表示.(2)electroncloud:,(4)注意:,(1)probabilitydensity:,只代表波函数角度部分(极大值方向与对称性);有正、负值,但不是正负电荷.,3.概率密度与电子云:,8.1.2氢原子的量子力学模型,休息,13,应注意,电子在核外出现的概率还与空间体积有关.概率=概率密度体积,基态氢原子(52.9pm).通常也用界面图来表示电子云,面内电子出现的概率在95%以上.,电子云与界面图,8.1.2氢原子的量子力学模型,休息,14,8.1.2氢原子的量子力学模型,(4)电子云径向分布图:,4.量子数:,可用n、l以及m等量子数来表征和确定每一个电子的运动状态.,休息,电子云角度分布图与原子轨道角度分布图.,(3)电子云角度分布图:,|2的角度分布部分随角度变化作图所得到的图象.,15,决定了电子在核外出现概率最大区域(“电子层”)离核远近及其能量高低.n值123456n值代号,KLMNOP,(2)角量子数(azimuthalquantumnumber,l):n相同,电子云形状不同,能量稍有差别(“亚层”).,8.1.2氢原子的量子力学模型,(1)主量子数(principalquantumnumber,n):,角量子数:描述电子云的不同形状.,l取值:,n值确定后,l=0,1,(n-1)正整数.,休息,16,l值012345l值符号形状,s,球形,当n相同时,能量相对高低为nsnpndnf.(3)磁量子数(magneticquantumnumber,m):l相同的电子具有确定的电子云形状,但可有不同的伸展方向.磁量子数:描述电子云在空间的伸展方向.,p,d,f,g,h,哑铃形,花瓣形,8.1.2氢原子的量子力学模型,m取值:,-l0+l共(2l+1)个值.,休息,17,s只有1个AO;p亚层可有3个AO;d亚层有5个AO;f亚层有7个AO.无外磁场时,同一亚层的AO能量相等,这样的轨道称为等价轨道或简并轨道.(4)自旋角动量量子数(spinquantumnumber,ms):电子的自旋可有两个相反的方向,所以自旋角动量量子数只有2个值,+1/2,-1/2.通常用“”“”表示,8.1.2氢原子的量子力学模型,常把n、l以及m都确定的电子运动状态称为AO.,自旋相反的两电子互相吸引.,休息,18,例:补足下列缺少的量子数:n=3,l=1,m=?,ms=-1/2.,在同一原子中没有n、l、m及ms完全相同的两个电子存在.,解:,m=+1,0,-1,下节