高校无机化学原子结构的近代概念(天津大学第四版)讲义

第五章原子结构和元素周期性5.2原子结构的近代概念

粒子性——电子有确定的体积(直径约为10-15m)和质量(9.1091×10-31kg)演示波动性——衍射现象将高速运动的电子束通过晶体光栅，投射到感光底片上，得到明暗相间的衍射环纹。

电子的波粒二象性电子运动有规律，但无法确定其运动轨迹概率——出现机会多少核外空间某些区域电子出现的机会多，概率大核外空间某些区域电子出现的机会少，概率小概率密度——电子在原子核外某处单位体积内出现的概率

概率薛定谔波动方程：描述微观粒子运动状态的根本方程波函数

原子轨道对氢原子来说,波函数(x、y、z)是描述氢原子核外电子运动状态的数学表达式m——电子质量h——普朗克常数E——体系总能量V——电子的势能波函数方程的每一个合理的解代表体系中电子的一种可能运动状态在量子力学中，用波函数和与其对应的能量来描述电子的运动状态对薛定谔方程求解，可以得到一系列波函数

１s、

２s、

２p.....

i相应的能量值E１s、E２s、E２p

.....Ei()0/3041,,arear

-=pφqE1s=-2.179×10-18JΨ是描述电子运动状态的数学表达式，Ψ的空间图象叫原子轨道，原子轨道的数学表达式就是波函数原子轨道的角度分布图：将波函数的角度分布局部(Y)作图所得的图象zx++++++++++++++-------------zzzzzxxxxxxxyyyyspy

px

pzdxy

dyz

dxzdz2

dx2-y2原子轨道的角度分布图以2pz为例：n=2,l=1,m=0径向局部角度局部()()()φq,,

r

φq,YrR

=+－30°60°θ角度局部

概率密度：|

|2表示电子在原子内核外某处出现的概率密度用小黑点的疏密表示电子出现概率密度的相对大小小黑点较密的地方，概率密度较大，单位体积内电子出现的时机多如1s的电子云

电子云

电子云：|

|2的空间图象电子云角度分布图：

|Ψ|2角度部分作图。zzzzzzxxxxxxxxyyyyyspy

px

pzdxy

dyz

dxzdz2

dx2-y2与原子轨道角度分布图的不同：原子轨道电子云有正、负为正(一般不标)胖瘦主量子数(n)表示原子轨道或电子云离核距离和能级上下n=1、2、3、4、5…..∞正整数n12345电子层第一层第二层第三层第四层第五层电子层符号KLMNOn值越小，该电子层离核越近，能级越低

量子数副量子数(ι)表示原子轨道或电子云的形状

ι=0、1、2、3…..(n-1)的正整数ι０１２３45形状球形哑铃形花瓣形

电子亚层符号spdfgh同一电子层,ι值越小,该电子亚层能级越低n１２３４ι0010120123符号1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f

磁量子数(m)表示原子轨道或电子云在空间的伸展方向m值：-ι

、0、+ι

的正整数,共(2l+1)个ι０１２m0-1、0、+１-2、-1、0、+1、+2原子轨道符号spy、px、pzdxy、dyz、dz2、dxz、dx2-y2同一亚层内的各原子轨道,在没有外加磁场下,能量是相等的，称等价轨道

(简并轨道)

自旋量子数(ms)

描述原子中每个电子的运动状态必须用四个量子数：即主量子数(n)：电子所处的电子层副量子数(l)：电子所处的电子亚层及原子轨道、电子云的形状磁量子数(m)：轨道在空间的伸展方向自旋量子数(ms)：电子自旋方向描述电子的自旋状态ms值：+、－顺时针方向或逆时针方向2121如n=2、ι=1、m=-1、ms=+

则可知是第二电子层、p亚层、2px轨道、自旋方向为＋的电子1212nιm轨道数电子数(2n2)K1s00１122L2s0０１428p10、

±136M3s00１9218p10、

±136d20、±1、±2510N4s00１16232p10、±136d20、±1、±2510f30、±1、±2、±3714

原子的观察和操纵扫描隧道显微镜scanningtunnelingmicroscope(STM)

硅表面原子排列的SIM图像观察在硅表面按“100”字样移走部分硅原子后的照片操

纵小结电子具有波粒二象性，需按概率分布的统计规律来进行研究波函数是描述核外电子运动状