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第四章 物质结构基础 §4-1 原子核外电子的运动状态 ;2. 测不准原理 微观粒子的位置和动量之间存在测不准关系。 3. 量子化特征 表征微观粒子运动状态的某些物理量只能不连续地变化,称之为量子化。 ;二、核外电子运动状态的描述 1. 薛定谔方程简介 奥地利物理学家薛定谔提出的二阶偏微分方程如下： ;;2. 波函数和原子轨道 波函数:描述原子核外电子运动状态的数学函数式称为波函数。 它是薛定谔方程的解，电子在核外运动，有一系列的空间运动状态，一个波函数描述电子的一种运动状态，每一个特定状态就有一个相应的波函数和相应的能量E。 原子轨道：指原子核外电子的空间运动状态。 Ψn,l,m（r，θ，φ）= R n,l（r）﹒Yl,m（θ，φ） R n,l（r）----径向波函数； Yl,m（θ，φ）----角度波函数。 ; 原子轨道角度分布图 n, l, m（ r，θ，φ）=R n, l （r）﹒Yl, m（θ，φ） 原子轨道角度分布图：由Y（θ，φ）对θ，φ作图所得，表示电子可能出现的区域。 ? ;3. 概率密度和电子云 概率:电子在核外空间某处出现机会的多少称为概率。 概率密度: 电子在核外空间某处单位体积中出现的概率称为概率密度。 电子云: 用小黑点的疏密表示原子核外电子出现的概率密度的大小,这种图像称为电子云。 所以，电子云是概率密度大小的形象化描述。黑点密集的地方，表示电子出现的概率密度大。 量子力学理论证明：概率密度 = Ψ2， ; 电子云角度分布图：由Y2（θ，φ）对θ，φ作图所得，表示电子出现概率密度大的区域。 ? ;原子轨道与电子云的角度分布图的主要区别: ;4.电子云的径向分布 指电子在原子核外距离核为r的一薄层球壳中出现的概率随半径r变化时的分布情况。 ;电子在球壳内出现的概率： ;氢原子电子云径向分布示意图 ;5. 量子数 核外电子的运动状态用波函数或原子轨道来描述，波函数或原子轨道是由一些参数来确定的，这些参数都是量子化的（取值不连续），叫做量子数。;（1）主量子数（n） 【意义】描述电子出现概率最大的区域离核的距离，是决定电子能量高低的主要因素。n越大，表示距离越远，能量越高。 【取值范围】n只能取1，2，3，4…等正整数，常用符号K、L、M、N…来表示。 （2）角量子数（L） 【意义】描述原子轨道或电子云的空间形状，在多电子原子中与n共同决定电子的能量高低。 【取值范围】L只能取小于n的正整数。即对于给定的n值，L可取0，1，2，3，…n-1，用符号s,p,d,f…表示。 ;（3）磁量子数m 【意义】描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向。 【取值范围】m取值受角量子数L限制，对于给定的L值，m=0，±1，±2……共2L+1个值，每一个取值代表一种空间伸展方向，即表示一个原子轨道。如L=2的d轨道，m有5个取值，即0,±1，±2,表示d轨道有5种空间取向，可表示为dxy、dxz、dyz、dx2－y2、dz2。（称它们为等价轨道或简并轨道） ;（4）自旋量子数ms 【意义】描述原子轨道中电子的两种特殊运动状态。用分辨率很高的光谱仪研究原子光谱时，发现每条谱线是由两条十分接近的谱线组成。为了解释这种现象提出了电子有自旋运动的假设，于是引入了自旋量子数（ms）。 【取值范围】ms值可取＋1/2或－1/2，分别表示正自旋或反自旋两种自旋运动状态。 ;【综述】主量子数n决定了电子的能量和离核的远近；角量子数L决定了轨道的形状；磁量子数m决定了轨道的空间伸展方向，即n, L,m三个量子数共同决定了一个原子轨道。自旋量子数ms决定了电子的自旋运动状态。有了这四个量子数，一个电子的运动状态就可以确定了。 ;四个量子数 ;如： n = 3, l = 0 (3s轨道)，m=0。有一个3s轨道。 n = 3, l = 1 (3p轨道)，m = 0, ± 1。有三个3p轨道。 n = 3, l = 2（3d轨道），m = 0, ± 1, ±2。有五个3d轨道。 n = 3, l = 3 , 是错误的。 等价轨道（简并轨道）：指n, l相同，m不同的原子轨道，如3p亚层的三个p轨道就是等价轨道。; ;;规律： ①L相同时，n越大能级越高。如 E1s＜E2s＜E3s…，E2p＜E3p＜E4p…； ②n相同时，L越大能级越高。如 E3 s＜E3p＜E3d ； ③n和L均不同时，出现 “能级交错”。如 E4s＜E3d ＜E4