东海大科学发展史课件01化学的微观世界

1化学的微观世界叶玉堂东海大学化学系专题一2科学发展过程天文物理化学地质生物3道尔顿原子说

(Dalton’sAtomicTheory)1.构成物质最小单位粒子为原子2.原子为坚硬实体,无法继续细分3.任何特定元素均由相同的原子组成，不同的元素的组成原子彼此间之基本性质也不相同44.化合物是由原子组合而成,相同化合物的组成原子及彼此间相对原子数目也相同5.化学反应乃牵涉化合物间原子的重组,原子本身没有改变

水:H2O原子数H：O=2：1质量比H：O=1：8拉色弗(Rutherford)实验

α–粒子(He2+)照射(bombard)在黄金薄片(goldfoil,~4×10-5cm)上,观察结果 1.绝大部分α–粒子均直接穿过金属,并未偏向(deflection) 2.仅少数α–粒子会偏向,有些偏向甚至超过900

6CopyrightHoughtonMiffinCompany.Allrightsreserved7原子乃由一带正电荷的原子核被带负电荷之电子环绕,借静电吸引力结合而成结论相对于原子的体积,原子核体积相当小–可视为点电荷

原子核(质子+中子)：~10-13cm

电子环绕原子核距离：~10-8cm整个原子的质量几乎全集中在原子核当照射时,大部分α-粒子皆完全穿过金属片无任何阻碍,一因原子几乎是空的仅极少数接近原子核之α-粒子(~1/2000)会受到原子核正电排斥而偏向8电子在原子中运动状况氢原子

单一电子绕原子核作圆周运动

月球绕地球运动9问题：

如何观察电子的运动使用工具必须备足的条件：够小–小于原子能够准确的校准必须能与电子作用

光!!

???

10观测结果1.电子的位置无法确定 用电子密度表达

(机遇率)2.能量为非连续性11机遇率CopyrightHoughtonMiffinCompany.Allrightsreserved12能量为连续性与非连续性CopyrightHoughtonMiffinCompany.Allrightsreserved13古典力学

物质与能量区分清楚1.物质─由粒子组成，具有质量，在空间位置可以确定2.能量─无质量，不定域性(delocalized)，

即空间位置无法界定3.牛顿运动方程式14量子力学(波动力学)粒子同时带有能量,两者不可分

薛丁格方程式

(Schrödingerequation) 例光：粒子(光子photon)同时以波(正弦波sinewave)形式传递(能量)15薛丁格方程式对一在位能场运动的粒子：

粒子根据Ψ在任何极小体积(任何一点)被找到的机率

Ψ：波动函数─为一数学函数，本身毫无物理意义16海森堡不确定论─根据波粒子二重性,在量子系统,不可能同时确定知道粒子的位置及动量ΔXΔpX

h/4п17波粒子二重性的困扰1.我们无法直接观察微观系统2.当光侦测原子或分子之结构或运动状况时，光必须先与侦测系统作用3.海森堡指出当两者作用时，同时改变了原子的状态，以致所观察到的情形与系统原来的状况不同-起始条件无法确定18自由粒子在一维箱中之运动v=∞v=0v=∞0Lx

n=1,2,3……

19氢原子电子绕原子核运动φθ(x,y,z)xyzn=1,2,3……l

n-1l=0,1,2……n-1|m|

lm=0,±1,±2,±3……±lr-中心场问题202.原子轨域数

总轨域数=1.每组n,l,m值代表一波动函数

-原子轨域

量子数轨域数

n=1,l=0,m=0 1(2×0+1) n