原子结构模型(课堂PPT)

1、1,8.1原子结构的基本模型 MAIN MODEL OF ATOMIC STRUCTURE,2020/8/23,2,上章,下节,8.1.1氢原子光谱和玻尔理论 8.1.2氢原子的量子力学模型,返回章,8.1原子结构的基本模型,2020/8/23,3,特征:,不连续,线状的; 线状光谱(不连续光谱) 连续光谱(continuous spectrum),n = 3,4,5,6,有规律(1885巴尔麦).,8.1.1氢原子光谱和玻尔理论,休息,1.氢原子光谱(atomic spectrum of hydrogen):,卢瑟福含核原子模型.,2020/8/23,4,通常原子所处的能量最低状态.,定态轨

2、道(orbit)假设; 轨道能量假设; 轨道能量quantization. 原子轨道不同能量状态称为能级(energy level).,2.玻尔理论(1913)的要点:,基态(ground state):,玻尔,8.1.1氢原子光谱和玻尔理论,能量的吸收与释放假设. 跃迁(jump),.,6,休息,2020/8/23,5,氢原子轨道能级示意图,8.1.1氢原子光谱和玻尔理论,2020/8/23,6,原子中electron处于离核较远,能量较高轨道上运动的状态.,激发态(excited state):,普朗克常数,8.1.1氢原子光谱和玻尔理论,absorption或emission的频率与两个

3、定态轨道间能量差E的关系为:,如当氢原子中电子从n = 3轨道跃迁回n = 2轨道时所发射光的波长为:,= 656.0nm.,4,休息,2020/8/23,7,玻尔理论的局限性.,8.1.1氢原子光谱和玻尔理论,目录,休息,2020/8/23,8,1.微观粒子的运动特征:,(1)波粒二象性(wave-particle dualism): 电子衍射实验. 阴极射线管中两极间的小轮当电子流通过时会转动. (2)统计性: 测不准原理(uncertainty principle,1927):,8.1.2氢原子的量子力学模型,海森堡,对具有波粒二象性的微粒而言,不可能同时准确测定它们在某瞬间的位置和速度

4、(或动量).,休息,2020/8/23,9,原子核外电子运动没有确定的轨道,而是具有按概率分布的统计规律.,2.波函数与原子轨道角度分布图:,(1)波函数(): 薛定谔方程(1926):,8.1.2氢原子的量子力学模型,概率波.,薛定谔,波函数,原子的总能量,原子核对电子的吸引能,电子的质量,普朗克常数,电子的空间坐标,休息,2020/8/23,10,对氢原子来说, 是描述氢原子核外电子运动状态的数学表达式.,8.1.2氢原子的量子力学模型,态函数. (2)波函数与原子轨道:,坐标系, (x,y,z) (r,) = R(r) ()() = R(r)Y(,).,薛定谔方程每一个合理的解i代表了原

5、子中电子一种可能的运动状态,与该解对应的能量值就是该定态对应的能级.,径向波函数,角度波函数,休息,2020/8/23,11,波函数的空间图像原子核外电子运动的空间范围,可看成“原子轨道”(Atomic Orbital)(或“原子轨函”).,(3)原子轨道角度分布图: Y(,),图 如pz原子轨道. 由薛定谔方程:,Y(pz) = Rcos,8.1.2氢原子的量子力学模型,将不同的代入,求得相应的Y(pz),所得曲线绕z轴旋转360.,常数,休息,p角度函数图.dxy;dxz;dyz;dx2-y2;dz2函数图.,2020/8/23,12,描述电子在核外出现的概率密度分布所得到的空间图像.,原

6、子核外某处单位体积内电子出现的概率,用|2 来表示. (2)electron cloud:,(4)注意:,(1)probability density:,只代表波函数角度部分(极大值方向与对称性); 有正、负值,但不是正负电荷.,3.概率密度与电子云:,8.1.2氢原子的量子力学模型,休息,2020/8/23,13,应注意,电子在核外出现的概率还与空间体积有关. 概率 = 概率密度体积,基态氢原子(52.9pm). 通常也用界面图来表示电子云,面内电子出现的概率在95%以上.,电子云与界面图,8.1.2氢原子的量子力学模型,休息,2020/8/23,14,8.1.2氢原子的量子力学模型,(4)

7、电子云径向分布图:,4.量子数:,可用n、l以及m等量子数来表征和确定每一个电子的运动状态.,休息,电子云角度分布图与原子轨道角度分布图.,(3)电子云角度分布图:,|2的角度分布部分随角度变化作图所得到的图象.,2020/8/23,15,决定了电子在核外出现概率最大区域(“电子层”)离核远近及其能量高低. n值 1 2 3 4 5 6 n值代号,K L M N O P,(2)角量子数(azimuthal quantum number, l): n相同,电子云形状不同,能量稍有差别(“亚层”).,8.1.2氢原子的量子力学模型,(1)主量子数(principal quantum number,

8、 n):,角量子数:描述电子云的不同形状.,l取值:,n值确定后, l = 0,1,(n - 1)正整数.,休息,2020/8/23,16,l值 0 1 2 3 4 5 l值符号 形状,s,球形,当n相同时,能量相对高低为ns np nd nf . (3)磁量子数(magnetic quantum number, m): l相同的电子具有确定的电子云形状,但可有不同的伸展方向. 磁量子数:描述电子云在空间的伸展方向.,p,d,f,g,h,哑铃形,花瓣形,8.1.2氢原子的量子力学模型,m取值:,-l0+l共(2l + 1)个值.,休息,2020/8/23,17,s只有1个AO;p亚层可有3个A

9、O;d亚层有5个AO; f 亚层有7个AO. 无外磁场时,同一亚层的AO能量相等,这样的轨道称为等价轨道或简并轨道. (4)自旋角动量量子数(spin quantum number, ms): 电子的自旋可有两个相反的方向,所以自旋角动量量子数 只有2个值, +1/2, -1/2.通常用“”“”表示,8.1.2氢原子的量子力学模型,常把n、l以及m都确定的电子运动状态称为AO.,自旋相反的两电子互相吸引.,休息,2020/8/23,18,例:补足下列缺少的量子数:n = 3, l = 1, m = ?, ms = -1/2.,在同一原子中没有n、l、m及ms完全相同的两个电子存在.,解:,m = +1,0,-1,下