第六章+原子结构与周期系1.ppt

1、第六章 原子结构与周期系,一、引言,1. 研究对象,研究物质如原子、分子、晶体等的组成、结构和性能,2. 学习目的,理解化学反应的本质，发现、制取符合需要的物质,1. 单电子原子(离子)结构 (1) 量子力学的建立 经典物理学的困难 黑体辐射，麦克尔逊实验 光电效应， 氢原子光谱,二、原子结构,1913年，波尔学说, 量子力学的建立,1900年 普朗克（45岁）-量子化效应1918年Nobel奖,1927年 海森堡（26岁）-矩 阵 力学1932年Nobel奖,1927年 薛定谔（40岁）-波 动 力学1933年Nobel奖,1929年 狄拉克（29岁）-量 子 力学1933年Nobel奖,1

2、913年 玻 尔 （28岁）-玻尔学说 1922年Nobel奖, 微观粒子的波粒二象性,经典的波性：、 服从波动方程 经典的粒性：m、 p 服从牛顿方程 波粒二象性：同时具有波性、粒性,波性表现：发生衍射 区别：不为振动的传播，是波强与出现几率成正比的几率波,粒性表现：有 m, p, E 区别：无确定轨迹，只有几率分布规律,2. 原子中电子运动状态的描述,(1) 薛定谔(Schrdinger)方程,m 电子的质量 x、y、z 电子的坐标 V 势能 E 总能量 h 普朗克常数 (x,y,z) 描述单电子原子的电子运动状态的波函数, 的物理意义 (x, y, z):电子在核外运动的状态 U2 (x

3、, y, z, t) 电磁波波强 2 (x, y, z, t) 电子波波强 2 (x, y, z):空间某点附近单位体积内电子出现几率的大小,(2) 波函数,坐标变换 (x, y, z) (r,) 分离变量 (r,) R(r)Y(,) 分别求解 R(r) ，Y(,) 合并R 解和Y 解, 波函数 的获得,n,l,m（r,）= ,Z：核电荷数（H=1）,a00.529, 波函数的标准条件,单值 连续 平方可积,波函数的合格形式,n = 1, 2, 3, 4, l = 0, 1, 2, 3, n-1 s p d f m = 0, 1, 2, 3 l,三个量子数描述核外电子运动的可能状态,m = 0

4、,l = 0,n = 1,1s,100,一个1s轨道,m = 0,l = 0,n = 2,一个2s轨道,2s,200,l = 1,m = 0 , 1,210,2pz,三个2p轨道,n = 3,m = 0,l = 0,l = 1,m = 0 , 1,一个3s轨道,三个3p轨道,五个3d轨道,l = 2,m = 0 , 1,2,3s,3p,3d,n = 4 ?,七个4f 轨道,l = 3,m = 0 , 1,2 ,3,4f,E = - (z2/ n2)1312 kJmol-1,单电子原子(离子)能级, 单电子原子(离子)波函数, 单电子原子(离子)波函数和电子云图形, n, l, m (r,) =

5、 Rn, l (r) Yl, m (,),Rn, l (r) 径向部分 平面图,Yl, m (,) 角度部分 立体图,Yl, m (,) , 波函数角度分布图,Rn, l (r) r 波函数径向分布图,单电子原子波函数,1) 波函数角度分布图,作图方法：,Yl, m (,) -, 作用,(o) 0 30 60 90 120 150 180 cos 1 0.866 0.500 0 -0.500 -0.866 -1 Ypz 0.489 0.423 0.244 0 -0.244 -0.423 -0.489,+,角度分布图画法,x,z,_,x,z,角度分布图立体图,s, p, d 波函数的角度分布图,

6、图形说明,正负号可以互换，代表同一个状态，为Y 值的正负， Y图代表波函数的伸展方向； l 不同，图的形状不同，m 不同，图空间取向不同； n 与图形无关 坐标原点到球壳的距离代表同一球面不同方向上 的变化情况，即只说明 |Y | 的大小，不说明电子运动轨迹,图形意义：同一球面不同方向上值的变化情况,2) 电子云(几率密度)的角度分布图,作图方法：,Yl, m2 (,) -, 作用,p轨道电子云的角度分布图,d 轨道电子云的角度分布图,s、p、d 轨道电子云的角度分布图,图形说明：无正负号，图比 Y 图瘦 (与Y图不同) l 不同，图形状不同；m 不同，图空间取 向不同，n与图形状无关 (与Y

7、图不同),图形意义:同一球面不同方向上几率密度的变化情况,3) 电子云径向分布图,作图法：,R2n, l (r) - r 作图,图形意义：给定方向上几率密度随 r 的变化情况,4) 电子云图 (几率密度图), 2nlm （r） R2n l（r）Y2l m（）,图形说明,l 不同，图形状不同；m 不同，图空间取向不同；l, m 相同， n 不同，图形状亦不同 不能反映电子出现几率的大小,图形意义:几率密度在空间的发布情况，用黑点的 疏密表示几率密度的大小,5) 径向分布函数图,r 远的球壳的体积为4p r2dr |24p r2dr = Rn,l24p r2dr =D(r)dr,径向分布函数:几率

8、 = 几率密度 体积,作图法： D(r) - r 作图,图形说明,电子运动无固定轨迹，只有几率分布规律,电子经常出现的区域离核越远，能量越高,n 相同,l 越小的电子在核附近出现的几率越大,图形意义：,距离核为r,单位厚度球壳内电子出现的几率,单电子原子（离子）波函数和电子云图,量子数的物理意义,n 主量子数,n = 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7正整数,K，L，M，N，O，P，Q 电子层,n 决定电子离核远近和能量,l 角量子数,l = 0, 1, 2, 3 n-1,s， p， d, f 电子亚层,l 决定角动量大小和原子轨道或电子云的形状,球 哑铃 花瓣,m 磁量子数,m 决定角动量在磁场方向的分量，表示电子云在空间的伸展方向,三个量子数(n, l, m)决定的波函数-轨道波函数,ms 自旋量子数,电子的自旋状态有两种：,+1/2 -1/2,ms:,主量子数 n,角量子数 l,磁量子数 m,自旋量子数 ms,完整波函数,结 论,描述电子运动的状态,假设氢原子的电子是处于 状态，,该电子处于第 电子层， 电子层； 亚层； 轨道