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原子结构与元素周期系1课件
原子结构与元素周期系 玻尔理论的应用 成功解释了氢原子光谱的产生和规律性 “连续”或“不连续”实际上就是量的变化有没有一个最小单位。 计算氢原子的电离能与实验值非常接近 玻尔理论局限性 对氢原子光谱的精细结构无法说明 不能说明多电子原子光谱 结论:量子性是微观世界的重要特征,要正确客观地反映微观世界微粒运动的规律,就必须用建筑在微观世界的量子性和微粒运动的统计性这两个基本特征基础上的量子力学来描述。 1━2 微观粒子的波粒二象性 一、 光和实物粒子的波粒二象性 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。 二、 测不准原理和几率概念 测不准原理: 一个粒子的位置和动量不能同时地、准确地测定。 注意:这里所讨论的不确定性并不涉及所用的测量 仪器的不完整性,它们是内在固有的不可测定性。 △x≥h/2π m×△v 1━3 波函数和原子轨道 薛定谔方程 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。 波函数的意义 原子核外电子的一种运动状态 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 1━4 概率密度和电子云 概率和概率密度 概率= ψ |(x·y·z)|2 dτ 概率密度= =ψ|(x·y·z)|2 电子云 |ψ|2的空间图像就是电子云分布图像 1━5 波函数的空间图象 Z=γcosθ 数学表达式 χ=γsinθcosф y=γsinθsinф γ2=χ2+y2+Z2 tanф=y/χ 径向波函数图 径向密度函数图 径向分布函数图 角度部分的图形 电子云界面图 电子云图 原子轨道的形状 1—6 四个量子数 对比玻尔原子结构模型和波动力学模型两者所得的结果可得: 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 第二部分 核外电子的排布和元素周期系 多电子原子的能级 核外电子层结构的原则 原子的电子层结构和元素周期系 多电子原子的能级 鲍林(L.Pauling)的近似能级图 屏蔽效应 钻穿效应 科顿原子轨道能级图 多电子原子近似能级图的特点: 近似能级图是按原子轨道的能量高低而不是按原子轨道离核的远近顺序排列起来。把能量相近的能级划为一组,称为能级 1s 第一能级组 2s2p 第二能级组 3s3p 第三能级组 4s3d4p 第四能级组 5s4d5p 第五能级组 6s4f5d6p 第六能级组 7s5f6d7p 第七能级组 在能级图中可以看到:相邻的两个能级组之间的能量差较大,而在同一能级组中各能级的能量差较小。 在能级图中:所谓等价轨道是指其能量相同、成键能力相同,只是空间取向不同的轨道。 角量子数l相同的能级,其能量由主量子 数n决定,n越大,能量越高。 主量子数n相同,角量子数l不同的能级,其能量随l的增大而升高。 主量子数n和角量子数l同时变化时,从图中可知,能级的能量变化情况是比较复杂的。 屏蔽效应 在多电子原子中,每个电子不仅受到原子核对它的吸引力,而且还要受到其它电子的斥力。我们把这种内层电子的排斥作用考虑为对核电荷的抵消或屏蔽,相当于使核的有效核电荷数减少。 由于其它电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷,从而使有效核电荷降低,削弱了核电荷对该电子的吸引,这种作用称为屏蔽作用和屏蔽效应。 为了计算屏蔽参数,斯莱脱Slater提出规则可近似计算。 Slater规则如下:
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