原子结构和元素周期表-1.ppt

第六章 原子结构和元素周期表 6-1 原子结构理论的发展概况 6-2 原子的量子力学模型 6-3 原子的电子结构与元素周期系 6-4 原子结构与元素性质的关系 6-1 原子结构理论的发展概况 1.1.2 原子的玻尔模型 玻尔（Bohr)在研究原子光谱产生的原因中发展了原子结构理论。每一元素原子都有自己特定的线状光谱，发出特定颜色的光。原子光谱中以氢原子光谱最简单，氢光谱在可见范围内有五根比较明显的谱线：一条红、一条青、一条蓝、两条紫，通常用H?、H?、H?、H?、H?来表示，它们依次为656.3、486.1、434.0、410.2和379.0nm(图1) （1）在原子中，电子只能沿着符合于一定条件的轨道旋转。 （2）电子在不同轨道上旋转时可具有不同的能量，电子运动时所处能量状态称能级。电子的能量是量子化的。 上式中n称为量子数，B的值为2.18?10-18J。 （3）只有当电子从某一轨道跃迁到另一轨道时，才有能量的吸收或放出。 E2-E1=?E=hv (1) 式中h为普郎克常数6.626 ?10-34J.s，E的单位为J。 应用上述玻尔的原子模型可以解释氢原子光谱。如果电子从n=4,5,6,7等轨道跳回n=2的轨道，按（1-3）式计算出来的波长分别等于656.3、486.1、434.0、410.2、397.0nm,即为氢光谱中可见光部分的 H?、H?、H?、H?、H? 的波长。 但是，玻尔理论不能说明多电子原子光谱，也不能说明氢原子光谱的精细结构。 6-2 原子的量子力学模型 1.2.1 微观粒子的波粒二象性 1. 德布罗依波 实物微粒都具有波粒二象性，这种波称为德布罗依波或物质波。德布罗依认为，对于质量为m，速度为v的微粒，其波长可用下式求得： (2) 例1 一个速度为5.97 ?106m.s-1的电子，其德布罗依波长为若干？(已知电子的质量为9.11 ?10-28g) 解：普朗克常数h= 6.626 ?10-34J.s，而1J=1kg.m2.s-2 用(1-4)式：（运算时注意量纲） 物质波又称概率波（图2） 2.测不准原理 具有波粒二象性的微粒和宏观物体的运动规律有很大的不同。宏观物体的运动可以指出它们在某一瞬间的速度和位置。对于具有波粒二象性的微粒如电子等来说，运动情况不能用经典力学来描述。德国物理学家海森堡指出，对于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，如果微粒的运动位置测得愈准确，则相应的速度愈不易测准，反之亦然。这就是测不准原理。 测不准原理只是反映微粒具有波动性，不服从经典力学规律。 1.2.2 核外电子运动状态的近代描述 1. 薛定锷方程 (3) 式中E是体系的总能量，V是体系的势能，m是微粒的质量， 是微积分中的符号，它表示? 对x的二阶偏导数， ， 具有类似的意义。 对于氢原子来说，? 是描述氢原子核外电子运动状态的数学函数式，E是氢原子的总能量，V是原子核对电子的吸引能，m 是电子的质量。 解薛定锷方程就是解出其中的波函数 ?及其E，这样就可了解电子运动的状态和能量的高低。 ?原是直角坐标的函数?（x,y,z)，经变换后，则成为球极坐标的函数?（r,?,?)。 ? (r,?,?) = R ( r) ? (?) ? (?) (4) 其中R是电子离核距离r的函数， ? 、? 则分别是角度? 和?的函数。解薛定锷方程就是分别求得此三个函数的解，再将三者相乘，就得到波函数?。 通常把与角度有关的两个函数合并为Y (?,?)，则： ? (r,?,?) = R ( r) Y(?,?) (5) R ( r)称为波函数的径向部分， Y(?,?) 称为波函数的角度部分。 2.波函数与原子轨道 薛定锷方程有非常多的解，而要使所求的解具有特定的物理意义，需有边界条件的限制，从而确定三个量子数，它们只能取如下数值