化学氢原子结构的近代概念

1、化学氢原子结构的近代概念第1页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一 到20世纪初,卢瑟福根据粒子衍射现象提出了“含核的原子模型”。 1913年波尔提出了核外电子分层排布的波尔理论。 直到20世纪30年代，以微观粒子波粒二象性为基础发展起来的量子力学，才建立了比较符合微观世界实际的物质结构近代理论。 宇宙万物是由哪些基本物质构成的呢? 人类从上古时代起就开始了关于物质结构的探讨。第2页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一本章讨论：1核外电子的运动特征及运动状态的描述2核外电子的分布规律和周期系3元素基本性质的周期性第3页，共23页，2022年，5月20日，

2、23点45分，星期一5.1氢原子结构的近代概念 原子光谱 （线光谱） 氢原子光谱5.1.1核外电子运动的特征(1)氢原子光谱和玻尔理论 连续光谱 第4页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一 第5页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一红色谱线 =653.3nm H 兰色谱线 =434.1nm H 蓝绿色谱线 =486.1nm H 紫色谱线 =410.1nm H第6页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一玻尔理论(1)定态轨道的概念n = 1，2，3n=1基态 a0=52.9pm (玻尔半径)(3) 激发态原子发光的原因(2)轨道能级的概念

3、及轨道能级量子化的概念 氢原子核外电子的轨道能量为：第7页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一 玻尔理论的局限性1.不能说明多电子原子的光谱，甚至不能说明氢光谱的精细结构。 2.它对能级的描述很能粗略，只有一个量子数。 3.更不能解释原子如何形成分子的化学健的本质。 这是因为波尔理论并未完全冲破经典力学理论的束缚，仍然把微观粒子(电子)在原子核外的运动视为太阳系模型那样沿着固定轨道绕核旋转。第8页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一（2）微观粒子的波粒二象性 光的波粒二象性：德布罗意关系式：物质波（德布罗意波）第9页，共23页，2022年，5月20日，2

4、3点45分，星期一 1927年，美国物理学家戴维逊（Davissn,C.J.）和盖末（Germer,L.H.)通过电子衍射实验证实了德布罗意的假设。 electron diffraction电子衍射实验证实了德布罗依的假设第10页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一 电子衍射实验 电子束第11页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一（3）微观粒子的几率分布规率 波恩的统计解释几率 统计方法第12页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一原子核外电子的运动具有三大特征： 量子化 线光谱 波粒二象性物质波 统计性 几率波第13页，共23页，20

5、22年，5月20日，23点45分，星期一5.1.2 波函数（1）薛定谔方程式简介波函数（原子轨道）： 描述原子核外电子运动状态的一个数学函数式E体系的总能量 JV体系的势能 Jm微粒的质量h普朗克常数x、y、z微粒的空间坐标 体现微粒的波动性 E、V、m体现微粒性 各项的意义第14页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一（2）波函数（原子轨道）与三个量子数主量子数n 角量子数l磁量子数mn，l，m（r、）n = 1，2，3，4正整数l = 0，1，2，3.（n-1），共可取n个值m= 0，1，2，3.l 共可取2l+1个值第15页，共23页，2022年，5月20日，23点45

6、分，星期一 n = 1 2 3 l = 0 0， 1 0 ， 1， 2 m = 0 0， 0,1 0， 0,1, 0, 1,2 轨道名称 1s 2s 2p 3s 3p 3d 轨道数： 1 1 3 1 3 5 1 4 9原子轨道名称 l = 0 1 2 3 s轨道 p轨道 d轨道 f轨道 m = 0 0,1 0,1,2 0,1,2,3轨道数： 1 3 5 7 原子轨道与波函数是同义词描述电子运动状态的数学函数式 应将原子轨道与宏观物体轨道的概念严格区分。第16页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一（3）波函数（原子轨道）角度分布图（r,) = R(r) () ()令 Y(,)

7、 = () ()则 （r,) = R(r) Y(,) R(r)波函数的径向部分 Y(,)波函数的角度部分 波函数的角度分布图Y(,)的球坐标图1）s轨道 l = 0 Y(,) = 1/4特点：球面 无方向性第17页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一2）p轨道 以2pz为例 Ypz = 3/4 cos第18页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一5.1.3 电子云（1）几率密度 2 2 单位体积内电子出现的几率 波函数2表示电子在核外空间某点附近出现的几率密度（2）电子云第19页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一（3）电子云的角度分布

8、图 （r,) = R(r) Y(,)则 2（r,) = R2(r) Y2(,) R2(r)电子云的径向部分 Y2(,)电子云的角度部分电子云的角度分布图Y2(,)的球坐标图 Ys=1/4 Ys2=1/4 1）s电子云特点：球面对称分布，无方向性第20页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一2）p电子云例 Pz电子云 Ypz = 3/4 cos （Ypz ）2= 3/4 cos2特点：相交于原点的两个橄榄型曲面无正负有极大值第21页，共23页，2022年，5月20日，23点45分，星期一电子运动状态的完全描述和四个量子数 1）主量子数 n 意义： 描述电子离核的远近, 决定电子层的划分 决定电子能量高低的主要因素 n=1 2 3 4 5 - K L M N O 意义： 描述同一电子层中不同能量状态的分层电子亚层 表示原子轨道或电子云的形状 l = 0 1 2 3 4 -（n-1） s p d f g3）磁量子数m 意义：描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向 m = 0 1 2