【第一讲】原子结构与元素周期系第一部分素材.ppt

原子光谱 * （4） 自旋量子数 ms (spin quantum number) ◆ 描述电子绕自轴旋转的状态 ◆ 自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为 ◆ ms 取值+1/2和-1/2，分别用↑和↓表示 磁场 屏幕 窄缝 银原子流 炉 * n, l, m 一定, 轨道也确定 0 1 2 3…… 轨道 s p d f…… 例如: n =2, l =0, m =0, 2s n =3, l =1, m =0, 3pz n =3, l =2, m =0, 3dz2 核外电子运动 轨道运动 自旋运动 ms 与一套量子数相对应（自然也有1个能量Ei) n l m * 对比玻尔原子结构模型和波动力学模型可得： 两种理论都有着相同的能量表达式； 波函数能解释其它一些原子的性质，如光谱线的强度等； 从解薛定谔方程，量子数是通过边界条件自然的出现，但在Bohr模型中它们是人为规定的。 在Bohr理论中，电子占据像行星绕太阳的轨道；在波动力学模型中（薛定谔方程）中，电子占据离域轨道，实验证明支持薛定谔方程所得图像 阅读书目 [英]法米罗.天地有大美，现代科学之伟大方程.上海：上海现代出版集团 [俄]乔治·伽莫夫.从一到无穷大 [英]戴维斯布朗.原子中的幽灵.长沙：湖南科技出版社 [法]德福里斯.原子科学的两千四百年.南京:江苏科技出版社 量子力学与原子世界 周公度.结构化学.北京:北京大学出版社 * 对于氢原子的基态电子，玻尔理论得出结论是：氢原子核外电子的玻尔半径是52.9pm;它的运动速度为2.18×107m/s,相当于光速(3×108m/s)的7％。已知电子的质量为9.1×10-31kg,假设我们对电子速度的测量准确量?v=104m/s时，即： 　　(?mv)=9.1×10-31×104kg·m/s 　　 =9.1×10-27kg·m/s 这样,电子的运动坐标的测量偏差就会大到: 　　?x=5.273×10-35kg·m2·s-1÷9.1×10-27kg·m/s 　　=5795×10-12m= 5795 pm 这就是说，这个电子在相当于玻尔半径的约110倍(5795/52.9)的内外空间里都可以找到,则必须打破轨迹的束缚： 宏观→确定时间→确定位置→轨迹。 * 结论： 不确定原理很好地反映了微观粒子的运动特征——波粒二象性； 根据量子力学理论，对微观粒子的运动规律只能采用统计的方法作出几率性的判断。不确定原理促使我们对微观世界的客观规律有了更全面更深刻的理解。 * 核外电子的运动状态 波函数的空间图象 概率密度和电子云 波函数和原子轨道 微观粒子的波粒二象性 氢原子光谱和玻尔理论 四个量子数 核外电子的运动状态 * 薛定谔方程(1926) 波函数和原子轨道  一定的波函数表示电子的一种运动状态，状态——轨道。  波函数叫做原子轨道，即波函数与原子轨道是同义词。 薛定谔方程的物理意义： 方程的每个合理的解，就是表示核外电子运动的某一稳定状态。 每一个波函数都有对应的能量 E 波函数ψ没有明确的直观的物理意义,但波函数绝对值的平方|ψ|2却有明确的物理意义 * 从薛定谔方程中求出的具体函数形式，即为方程的解。它是一个包含n、l、m 三个常数项的三变量（x、y、z）的函数。通常用 表示。 应当指出，并不是每一个薛定谔方程的解都是合理的，都能表示电子运动的一个稳定状态。所以，为了得到一个合理的解，就要求n、l、m 不是任意的常数而是要符合一定的取值。在量子力学中把这类特定常数n、l、m称为量子数。通过一组特定的n、l、m就可得出一个相应的 每一个 即表示原子中核外电子的一种运动状态。 * 波函数和原子轨道 波函数在量子力学中起了核心作用，展示出原子和分子中电子的运动状态，是探讨化学键理论的重要基础。 按照实物粒子波的本性和测不准原理的几率概念，物理学家玻恩M.Born 假定粒子的波函数已不再是振幅的函数，取代它的是粒子出现的几率，当这个波函数的绝对值越大，粒子出现的几率也就越大。 一定的波函数表示电子的一种运动状态， 状态——轨道。 波函数叫做原子轨道， 即波函数与原子轨道是同义词。 ?? * 概率