物质结构与物质状态..doc

第二十一讲 物质结构与物质状态 ?????????????? 一、内容提要：本讲主要是讲解氢原子结构、薛定谔方程简介、多电子原子的能级、核外电子排布原理和电子排布、化学键、杂化轨道和分子空间构型、分子间作用力、晶体的类型及性质、氧化物及其水合物的酸碱性等。 二、本讲的重点是：多电子原子的能级、核外电子排布原理和电子排布、晶体的类型及性质、氧化物及其水合物的酸碱性 本讲的难点是：氢原子结构、薛定谔方程 、杂化轨道和分子空间构型 三、内容讲解： 原子序数=核电荷数=核内质子数=核外电子数 1、氢原子结构 ?(一)光谱 光谱：借助于棱镜的色散作用，把复色光分解为单色光所排列成的光带称为光谱。 连续光谱：由炽热的固体或液体所发出的光，通过棱镜而得到的一条包含各种波长的光的彩色光带，叫做连续光谱。在可见光区内，各种色光按波长从大到小的排列顺序是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。 线状光谱：由激发态单原子气体所发出的光，通过棱镜而得到的由黑暗背景间隔开的若干条彩色亮线，叫做线状光谱。 (二)氢原子光谱 氢原子光谱在可见光区内有红、青、蓝、紫四条谱线，分别为Hα(656.3nm)、Hβ(486.1nm)、Hγ(434.1nm)、Hδ(410.2nm)。从上图可看出，从Hα向Hδ方向展开，谱线的波长越来越短，谱线间的距离越来越近，谱线的强度也越来越弱，在波长等于364.6nm处为该线的极限，表现出明显的规律性。里德堡方程式： 从上图可看出，从Hα向Hδ方向展开，谱线的波长越来越短，谱线间的距离越来越近，谱线的强度也越来越弱，在波长等于364.6nm处为该线的极限，表现出明显的规律性。 里德堡方程式：式中R叫做里德堡常数，当用频率v表示时，其值为3.289×1015Hz，n1,n2都是正整数，且n2 n1。 (三)玻尔理论和能级的概念 ?玻尔理论： 1913年，年轻的丹麦物理学家玻尔提出了大胆的假设： (1)核外电子运动取一定的稳定轨道，在此轨道上运动的电子不放出也不吸收能量。 (2)在一定轨道上运动的电子有一定的能量，这能量只能取某些由量子化条件决定分立数值。 ?根据量子化条件，可推求出氢原子核外轨道的能量公式第一条假设回答了原子可以稳定存在的问题： 原子在正常或稳定状态时，电子尽可能地处于能量最低的轨道，这种状态称为基态。 氢原子处于基态时，电子在n=l的轨道上运动，能量最低为13.6ev，. 第二条假设，是玻尔把量子条件引入原子结构中，得到了核外电子运动能量是量子化 的结论，即电子运动的能量只能取一些不连续的能量状态，又称为电子的能级。 根据第二条假设，当电子从高能量的能级(E2)跳回到较低能级(E1)时，就会放出能量。释放出的光子的频率和能量的关系为：E2- E1=hv (四)核外电子运动的波粒二象性 波粒二象性：微观粒子有时显示出波动性(这时粒子性不显著)有时显示出粒子性(这时波动性不显著)这种在不同条件下分别表现为波动和粒子的性质，称为波粒二象性。 2、薛定谔方程简介 薛定谔方程是一个偏微分方程，对单电子体系可写成下列形式： 第一条假设回答了原子可以稳定存在的问题： 原子在正常或稳定状态时，电子尽可能地处于能量最低的轨道，这种状态称为基态。 氢原子处于基态时，电子在n=l的轨道上运动，能量最低为13.6ev，. 第二条假设，是玻尔把量子条件引入原子结构中，得到了核外电子运动能量是量子化 的结论，即电子运动的能量只能取一些不连续的能量状态，又称为电子的能级。 根据第二条假设，当电子从高能量的能级(E2)跳回到较低能级(E1)时，就会放出能量。释放出的光子的频率和能量的关系为： E2- E1=hv (四)核外电子运动的波粒二象性 波粒二象性：微观粒子有时显示出波动性(这时粒子性不显著)有时显示出粒子性(这时波动性不显著)这种在不同条件下分别表现为波动和粒子的性质，称为波粒二象性。 2、薛定谔方程简介 薛定谔方程是一个偏微分方程，对单电子体系可写成下列形式：式中，m是电子的质量，E是电子的总能量，V是电子的势能，(E—V)是电子的动能，x、y、z为空间坐标，ψ代表方程的解，叫做波函数。 所谓解薛定谔方程就是要求得两个重要的量，波函数ψ与其相应的总能量E。只要有 了这两个量，那么原子内电子的空间运行状态(电子云的几率密度分布、能量、电子云的 大小、形状和空间伸展方向等)也就确定了。 (一)波函数与四个量子数的关系 从薛定谔方程解得的各种波函数，都与四个量子数有关，这四个量子数分别是主量子数n(确定了电子层)、角量子数L(确定了电子亚层或原子轨道的形状)，磁量子数m(确定了原子轨道的伸展方向)和自旋量子数ms(确定电子的自旋方向)，当四个量子数的组合方式一定时，波函数的形式就确定了， 这四个量子数的可取数值如下： 式中，m