原子结构和元素周期系[PPT].ppt

第一讲:原子结构与元素周期系 ;第一部分 核外电子的运动状态;1━1 氢原子光谱和玻尔理论;经典物理学概念面临的窘境; 在对粒子散射实验结果的解释上, 新模型的成功是显而易见的, 至少要点中的前三点是如此。;氢原子结构的量子力学模型：玻尔模型 The quantum mechanical model of the structure of hydrogen atom —Bohr’s model; 氢原子光谱由五组线系组成, 任何一条谱线的波数(wave number)都满足简单的经验关系式: ;爱因斯坦的光子学说 普朗克的量子化学说 氢原子的光谱实验 卢瑟福的有核模型;原子光谱 ——是不连续性的线状光谱 氢原子光谱 ——是最简单的原子光谱 玻尔的三点假设 ;1. 电子不是在任意轨道上绕核运动，而是在一些符合一定条件的轨道上运动，即电子轨道的角动量P，必须等于h/2π的整数倍。这种符合量子化条件的轨道称为稳定轨道，电子在稳定轨道上运动时，并不放出能量。;2.电子的轨道离核越远，原子所含的能量越大，原子在正常或稳定状态时（称为基态），各电子尽可能处在离核最近的轨道上，这时原子的能量最低。当原子从外界获得能量时（如灼热、放电、辐射等）电子可以跃迁到离核较远的轨道上去，即电子已被激发到较高能量级上，此时原子和电子处于激发态。 3.只有电子从较高的能级（即离核较远的轨道）跃迁到较低的能级（即离核较近的轨道）时，原子才会以光子形式放出能量。 hν=E2- E 1;玻尔理论的应用 ;玻尔理论局限性 ;1━2 微观粒子的波粒二象性 ;感光屏幕;结论： 1.电子等实物粒子具有波粒二象性； 2.不能用经典物理的波和粒的概念来理解它的行为。 再次说明描述电子等微粒的运动规律只能用描述微粒运动规律的量子力学。 ;二、 不确定原理和几率概念;例1: 对于 m = 10 克的子弹，它的位置可精到?x ＝ 0.01 cm,其速度测不准情况为：;例2: 对于微观粒子如电子, m = 9.11 ? 10-31 Kg, 半径 r = 10-10 m，则?x至少要达到10-11 m才相对准确，则其速度的测不准情况为：;;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。 ;1━3 波函数和原子轨道 ;波函数的意义 ; 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 ， n，l，m（x、y、z。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。 ;1━4 概率密度和电子云 ;;Date;Date;表示径向电子云分布的两种方法;之二:(红色曲线) ★ 纵坐标: 4πr 2 R 2 ★ 4πr2R2曲线是4πr 2曲线和R 2 曲线的合成曲线 ★ 曲线在 r =53 pm 处出现极大值, 表明电子在距核53 pm的单位厚 度球壳内出现的概率最大 ★ 波动力学模型得到的半径恰好 等于氢原子的玻尔半径;Date; 如果我们定义一个离核距离为r,厚度为dr的薄层球壳，由于以r为半径的球面的面积为4лr2,球壳的体积为dV=4πr2·dr,则在此球壳内电子出现的概率为4πr2ψ2dr。令D(r)＝4πr2ψ2并把D(r)叫做径向分布函数，它是半径r的函数。以D(r)为纵坐标，半径r为横坐标所作的图叫做径向分布函数图。图1－3是氢原子的1s轨道的径向分布函数图。 对比图1-1与图1-3，可见D(r)与ψ2的图