第1章原子结构与周期表1

1、在在83岁高龄时正式启动岁高龄时正式启动测定测定10项原子量新值的项原子量新值的研究课题，历时研究课题，历时12年于年于2002年胜利完成，这年胜利完成，这10项原子量新值都已被项原子量新值都已被国际国际CAWIA正式确认正式确认为原子量的国际新标准。为原子量的国际新标准。4. 巴尔麦巴尔麦( J. Balmer) 经验公式经验公式(1885) 归纳与总结的能力归纳与总结的能力 ：谱线波长：谱线波长 n：谱线编号：谱线编号里得堡里得堡(Rydberg) -瑞典瑞典 1913 : 谱线波长的倒数谱线波长的倒数, 波数波数(cm-1). n:大于大于2的正整数的正整数.RH：里德堡常数：里德堡常数

2、, 1.09677576 107m-1 400.364622nn)121(122nRvH n = 3, 4 , 5, 6 分别对应氢光谱中分别对应氢光谱中 H 、H 、H 、H 、 Balmer系系进一步修改：进一步修改： n1=1 莱曼莱曼Lyman 线系线系 氢的紫外光谱氢的紫外光谱n1=2 巴尔麦巴尔麦Balmer线系线系 氢的可见光谱氢的可见光谱n1=3 帕辛帕辛Pachen线系线系 氢的红外光谱氢的红外光谱存在的矛盾：存在的矛盾：1.核外电子不会毁灭核外电子不会毁灭2.原子光谱是不连续的，是线状的原子光谱是不连续的，是线状的)11(12221nnRH2、定态假设、定态假设:电子在轨道

3、上运行具有一定的能电子在轨道上运行具有一定的能量，量，不吸收也不放出能量不吸收也不放出能量，即处于，即处于定态定态。能量。能量最低的状态称最低的状态称基态基态，当从外界获取能量时电子，当从外界获取能量时电子处于处于激发态激发态。 3.量子化条件：氢原子核外电子的轨道不是连续的，量子化条件：氢原子核外电子的轨道不是连续的，而是分立的，在轨道上运行的电子具有一定的角而是分立的，在轨道上运行的电子具有一定的角动量（动量（L=mvr m电子质量；电子质量；v电子线速度；电子线速度；r电子电子线性轨道半径），线性轨道半径），L只能只能按下式取值：按下式取值： n=1,2,3,4,5 4.跃迁规则：电子吸

4、收光子会跃迁到激发态，反之，跃迁规则：电子吸收光子会跃迁到激发态，反之，激发态的电子会放出光子返回基态或较低激发态。激发态的电子会放出光子返回基态或较低激发态。光子的能量为跃迁前后两个能级的能量之差。光子的能量为跃迁前后两个能级的能量之差。2hnL )11(2221nnBE)11(12221nnhcBhvmcE23. 测不准原理：海森堡提出测不准原理：海森堡提出1926年年 (Werner Heisenberg, 1901-1976) 不能同时准确测量微观粒子的位置和动量不能同时准确测量微观粒子的位置和动量测不准关系式：测不准关系式： x ：粒子的位置不确定量：粒子的位置不确定量 ：粒子的运动

5、速度不确定量：粒子的运动速度不确定量mhxhPx44或23341001. 0101014. 3410 6.621291027. 5sm 对宏观物体可同时测定位置与速度xmh4例例2: 对于微观粒子如电子对于微观粒子如电子, m = 9.11 10-31 kg, 运动速度运动速度v= 2.18 107 m/s，速度测量偏差小到，速度测量偏差小到1%，则其位移的，则其位移的测量偏差为：测量偏差为：mvhx4pmm2601026001. 01018. 21011. 914. 3410 6.621273134氢原子的波尔半径为氢原子的波尔半径为53pm，相比之下，位移测量偏差过大，相比之下，位移测量偏

6、差过大Erwin Schrodinger , 薛定谔薛定谔奥地利物理学家奥地利物理学家1887-1961 量子力学中描述核外电子量子力学中描述核外电子 在空间运动的数学函数式，即在空间运动的数学函数式，即原子轨道原子轨道 E轨道能量（动能与势能总和轨道能量（动能与势能总和 ）m微粒质量，微粒质量，h普朗克常数普朗克常数x,y, z 为微粒的空间坐标为微粒的空间坐标 (x,y,z) 波函数，波函数， 可以有多个解，即电子可以有可以有多个解，即电子可以有多种运动状态多种运动状态 由由n， l ，m三个量子数决定三个量子数决定0)(822222222VEhmzyx2 四个量子数：四个量子数：(1)

7、主量子数主量子数n：n = 1, 2, 3正整数，它决正整数，它决 定电子能量定电子能量 n相同的轨道属同一相同的轨道属同一能层能层 (符号：符号：K L M N O P Q)(2) 角量子数角量子数l：l = 0, 1, 2, 3n-1，以，以s，p，d，f， g表表示对应的示对应的能级能级，l 决定了原子轨道决定了原子轨道 的形状和多电子原子轨的形状和多电子原子轨道能量道能量(3) 磁量子数磁量子数m： m = 0, 1, 2, 3. l，共可取，共可取2l + 1个值个值决定原子轨道在空间的不同伸展方向，一种取向相当于一决定原子轨道在空间的不同伸展方向，一种取向相当于一个轨道个轨道一个确

8、定的一个确定的 n l m，表示电子的一种运动状态，称为一个表示电子的一种运动状态，称为一个“原子轨道原子轨道”3.四个量子数描述核外电子运动的可能状态四个量子数描述核外电子运动的可能状态 例：例： n 取值取值 l取值取值 m取值取值 原子轨道原子轨道 轨道数轨道数 n = 1 l = 0， m = 0 1s 1 n = 2 l = 0， m = 0 2s 1 l = 1， m = 0 , 1 2p 3n = 3 l = 0， m = 0 3s 1 l = 1 m = 0 , 1 3p 3 l = 2 m = 0 , 1， 2 3d 5 n = 4 ?n 取值取值 l取值取值 m取值取值 原

9、子轨道原子轨道 轨道数轨道数n = 4 l = 0，m = 0 4s 1 l = 1 m = 0 , 1 4p 3 l = 2 m = 0 , 1， 2 4d 5 l = 3 m = 0 , 1， 2 ， 3 4f 7 在同一原子中，不可能存在四个量子数完在同一原子中，不可能存在四个量子数完 全相同的电子全相同的电子4. 与概率的关系与概率的关系 没有明确的物理意义，但是没有明确的物理意义，但是 2 有明确物理有明确物理意义意义 在核外空间某处体积为在核外空间某处体积为d 的空间内出现电子的概的空间内出现电子的概率和率和 2 成正比成正比 d= 2 d 2 代表了核外电子的概率密度，即在单位体

10、代表了核外电子的概率密度，即在单位体积内发现一个电子的概率。积内发现一个电子的概率。 (n,l,m)(x,y,z) ( ， ， ) (n,l,m)(x,y,z) = R(n,l)(r) Y(l,m)( ， )直角坐标与球坐标两者的关系为直角坐标与球坐标两者的关系为x = r sin cos y = r sin sin z = r cos 222zyxr yxoPP ry( r， ， ) = R ( r ) Y ( , )R ( r )称为径向分布函数称为径向分布函数Y ( , )称为角向分布函数称为角向分布函数用用Y ( , )对对 和和 作图得到波函数的角向分布图作图得到波函数的角向分布图坐标变换后，得到的球坐标体系的坐标变换后，得到的球坐标体系的 Schrdinger 方程方程s s、p p、d d 轨道角度部分剖面图轨道角度部分剖面图s s、p p、d d 轨道角度部分剖面图（轨道角度部分剖面图（2 2）氢原子的氢原子的R R（r r）rr图图P137 图7-7 电子云角度分布图电子云角度分布图Y2( ， )5.概率的径向分