2009-第八章-原子结构-part1-L.ppt

1、第八章原子结构，主要内容：1.什么是构成原子的粒子，微观粒子的波动粒子二像性2 .核外电子的运动特征及其运动状态的描述(把握四个量子数的量化条件及其物理意义)3.熟练掌握能级图，可以写出一般元素体的原子核外电子配置4 .原子结构和元素体周期性的关系，1803 他主张用原子的化学和化合来说明各种化学现象和各种化学规律之间的内在联系，它抓住了化学的核心和最本质的问题。 第一节：人类了解原子结构的简单历史，1811年，意大利物理学家阿波加德罗(AAvogadro，1776-1856 )提出分子概念发展为“原子分子论”，1897年，英国物理学家汤姆森(J.J.Thomson )提出电子拉扎菲建立了利用

2、粒子散射实验确认原子核存在的原子结构的“行星模型”，J.J.Thomson和R.A.Millikan分别在1897年、1909年通过实验确定了电子的电荷和质量，原子的组成是原子核具有z个正电荷的质子(p )和几个中子(p ) 的紧密结合体，其直径小于原子万分之一的电子直径更小，具有单位负电荷，原子是电中性粒子，由几个(z )带正电荷的原子核和z带负电荷的电子组成， 原子核内的质子数是对应元素体的基本特性不同元素体的原子按其质子数从小到大的顺序计数，原子序数原子序数称为质子数相等的元素体是具有相同质子数的单核粒子的总称，原子序数(Z)=核内质子数，=核电源电荷数=核外电子数，质子数相同而中子数不

3、同的相同元素体的原子，是基本相同的化学性质第二节，核外电子的运动状态，一、核外电子运动的特殊核外电子运动的波动粒子二象性1.1是什么是波动粒子二象性，粒子性是运动量和运动能源电子确定的体积(d约为10-15 m )和质量(9.109110-31 kg )，波动性衍射现象，1924年博客在光有波动粒二象性的启发下，大胆地提出了微观粒子也有波动粒二象性的假说，将粒子和波动结合如下关系：波长、粒子的质量、粒子的运动速度、普朗特数、1.2电子运动的波动粒二象性，h=6.626 10-34 Js，1927年，Davisson (a )、(b )、电子通过A1箔(a )和黑金属铅(b )的衍射图，粒子波动

4、性的现代证据电子的波动粒子二象性是，k、v、d、m、p，实验原理、微粒子电子：由于宏命令物体的波长极短，不能测定，所以宏命令物体的波长难以察觉，主要表现为粒子性只有像电子和原子这样的质量极小的粒子具有接近x射线数水平的波长，符合直布罗陀式。 只有微观的物体有波粒二象性吗？ Question、Solution，重要的暗示是Rutherford和Bohr模型中不存在行星绕太阳的电子轨道。 具有波粒二象性的电子不再遵守经典的力学规律，这些运动没有确定的轨道，只有一定的空间概率分布。 实物的粒子波是概率波。 电子的正确位置和正确运动量不能测量到云同步！ 二、海森堡测量不行政许可原理heisenberg

5、suncertaintyprinciple，1900年，平板支撑(Plank M )提出了一个著名的平板支撑方程： E=hv h被称为普朗特数，其值为6.62610-34 Js 平板支撑认为物体吸收或释放hv的整数倍(例如，1hv、2hv、3hv等)的量的光能，不是0.5 hv、1.6 hv、2.3 hv等的整数倍。 能量量化的概念。Plank的公式、三、量子化特征氢原子光谱和波尔理论、平板支撑(Plank )提出了“量子论”。 放射物体(原子)不能连续地吸收和释放能量，而是以不连续的量吸收和释放放放射能。 不连续的量被称作量化，并且钾元素的临界频率是5.01014 s-1，并且打算计算具有该

6、频率的光子能量。 进行了类似于红色光和黄色光的计算，说明了金属钾在黄色光的作用下产生光电效应，而在红色光的作用下则不能。 e (具有临界频率的一个光子)=6. 62610-34js5. 01014 s-1=3. 310-19je (黄色光一个光子)=h=6. 62610-34js5. 11014 s-1=3. 410-19je (红色光一个光子)=h=6. 62610-34js4. 60 2 .氢原子光谱(1)原子光谱、氢原子光谱由5组线性组成，所有频谱的频率都满足简单的经验关系式： 例如，对于Balmer线性处理，n=3红(H) n=4蓝(H ) n=5蓝紫(H ) n=6紫(h )、3 .

7、玻尔理论认为电子只能在某些圆形的固定轨道上进行核运动。 这些个是满足一定条件的轨道：电子的轨道动量矩l只能是h/(2)的整数倍：从离核最近的轨道开始数，n的值分别等于1，2，3，4，5，6，7。 根据假定条件计算n=1时的容许轨道半径为53 pm，这就是有名的博尔德半径。 关于固定轨道的概念，原子只能达到上述条件规定的一些能量状态。 指基态以外的剩馀状态。 各激发态的能量随着n值的增大而增高。 电子必须从外部吸收一盏茶的能量才能达到激发状态。 “稳定态状态”:这些个的所有可接受状态的总称。 电子只能在半径和能量固定的稳定轨道上运动，不放射能量。 基础状态3360，n值为1的稳定态。 通常，电子

8、保持在能量最低的基态。 基态是能量最低，即最稳定的状态。 激发状态E:针对轨道能量量子化的概念，针对能量的吸收和释放，计算E:轨道的能量：光的频率h: Planck常数，氢原子的功率，说明原子的稳定性，其他发光现象(例如放射性射线的形成) 也可以解释，不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂，不能解释氢原子光谱的精细结构，不能解释多电子原子的光谱，Why？ 解1. Schrdinger方程、薛定谔方程是求波函数和能量e的解不是具体的数值，而是包含三个常数(n，l，m )和三个变量(r，)的函数式n，l，m (r，)； 可理解的函数表达式叫做波函数。波函数=薛定谔方程的理解=原子轨道，第二节，核外电子运

9、动状态的描述，一、波函数和原子轨道，r :径向坐标为球面的大小3360角坐标，z轴沿球面延伸至r的弧所表示的角度3360角坐标， r沿球面沿xy面延伸到xz面的弧所表示的角度2 .波函数的格拉夫描述分离Schrdinger方程式变量，其中，径向线波函数以氢原子的1s、2s、3s轨道为例，取不同的r值，代入波函数式进行计算，并将计算结果绘制在r上。 例如，氢原子1s轨道的R(r)=2e-r。 越接近核，这些个的s轨道的r值越大。角度泛函、从坐标原点画了几条线，各自的线把与一组值相对应的这个组和值代入波函数公式(参见上文)，以相同的方式在放射性射线上的某个点绘制结果，显示另一个放射性射线上的点，连

10、接所有的点，确定沿着x轴延伸的哑铃形的面在波动力学中波函数或经典物理学中与光波的振幅对应的光的强度与振幅的平方成比例的波动力学中，粒子波的强度表示连接波函数的平方(2)的第二物理意义是概率密度，所述粒子波的强度(2)表示粒子出现在空间某点的单位体积内的概率。一个轨道是数学函数，难以描述其具体的物理意义，只能作为特定电子可能出现在原子核外的区域的数学描述。 表示径向电子云分布的两种方法之一： (蓝色曲线)纵轴： R2越接近核，电子出现的概率密度(单位体积内的概率)越大。 (该曲线酷似波函数分布曲线)的： (红色曲线)纵轴：4r 2R 2r2曲线， 4r2曲线和r2曲线的合成曲线为r=53 pm，

11、表示极大值的电子在距核53 pm的单位厚度球壳内出现的概率最大波动力学模型得到的半径正好表示与氢原子的沃尔沃半径相等，表示放射状电子云分布的两个方法酷似波函数的角度分布图，但记住叶片没有-和-的部分s、p和d电子云的空间延伸方向。 从R (r )和R 2 (r )得到的相互类似的2种放射状分布图y (，)和从Y 2(，)得到的相互类似的2种角度分布图R (r )得到的也是放射状分布图。 描述3电子运动状态的4个量子数与电子能量有关，对于氢原子，电子能量决定为唯一n，电子出现概率决定到核的距离，不同的n值对应于不同的电子层层，与动量矩有关， 对于多电子原子，关于l和e的l的取值是由0，1，2，3

12、n-1 (子层) s，p，d，f. l决定的角度函数的形状，(2)关于角量子数l (角度单元)动量矩的方向，方向是量化的m为0， 1 2l的值决定角度函数的空间方向m值相同的轨道相互等价的轨道。(3)磁量子数m (magnetic quantum number )、s轨道(l=0，m=0 ) : m的值是空间方向、s轨道、p轨道(l=1，m=1，0 )-1 ) m这三种三种取向，三条等价(简并性)p轨道，五种值，d轨道(l=2，m=2，1，0，-1，-2) : m，五种空间取向，五条等价(简并性) d轨道，f轨道(l=3，m=3，2，1，0，-1， (-2) -3 ) : m的7种值、空间的7

13、种取向、7条等价(简并性) f轨道、(4)自旋量子数ms (spin quantum number )描述电子绕大头针轴旋转的状态的大头针运动，电子取微吸铁石那样的行为ms的值的1/2和-1/2 分别用和来表示，n、l、m固定的轨道也确定，0 1 2 3轨道sdf，例如： n=2、l=0、m=0、2sn=3、l=1、m=0、3pz=3、l=2、m=0、3dbz2、核外电子运动、轨道运动、大头针运动原子轨道由n、l、m三个量子数决定。 对应于l=2的轨道是d轨道。 由于n=4，因此轨道的名称应该是4d。 磁量子数m=0没有反映在轨道名中，但据我们所学的知识，m=0表示这4d轨道是不同延伸方向的5

14、条4d轨道之一。 Question、Solution、轨道的“节点”和“部分”是什么？ Question、Solution、p轨道、电子概率为零的区域是平面，被称为节面。 px轨道的节面为yz平面，py轨道和pz轨道的节面分别为xz平面和xy平面。 例如，在2s轨道的两种表现法中，(a )中原子核附近(r=0)的电子概率最高，离核在某一距离下降到零，概率为零的点称为节点。 1.2.3量子数，1 .主量子数n，3 .磁量子数m，4 .自旋量子数ms，2 .角量子数l，l=0，1，2，(n-1 )，m= l，0，-l，n=1，2，3，主量子数n 1)与电子能有关系。对于氢原子，n的值越小，其电子层越接近核，其能级越低2 )不同的n的值，对应于不同的电子层：K L M N O.n、电子层象征符、角量子数l的取值0、1、2、3、n1为s、p、d、f， 对于与由l确定的角度函数的形状对应的多电子原子来说，同一电子层的l值越小，该电子层的能级越低，磁量子数m: m可以取0、1、2、l的该值决定角度函数的空间取向，同一亚层内的各原子轨道不施加磁场就能够得到能量被称为等效轨道(简并性轨道)，ms值描述电子的大头针状态是顺时针还是逆时针描述原子中的电子的运动状态，主量子数(n ) :电子所在的电子层副量子数(l ) :电子所在的电子层和原子轨道，电子云的形状磁量子数(m ) :轨道在空间延伸方向