结构化学(第一节).pptVIP

结构化学 第一节 第一节 原子结构与元素周期系 一、微观粒子的运动特征 二、原子结构 1、波函数与原子轨道 2、四个量子数 3、原子轨道的图形 4、电子云和几率密度 三、核外电子的排布 1、基本原则 2、原子轨道能级的顺序 3、原子中电子的实际排布 4、原子的电子排布和元素周期系 四、元素性质的周期性变化 考察?粒子在金箔上的散射。 发现大多数粒子未偏转。 一部分粒子偏转。 微观粒子的运动特征：量子化特征及波粒二象性 结论：微观粒子并不遵循经典物理学的规则，而是遵循量子力学的规则。 量子化特征 微观粒子运动遵循量子力学规律，与经典力学运动规律不同的重要特征是“量子化（quantized）”。 “量子化”是指微观粒子的运动以及运动过程中能量的变化是不连续的，而是以某一最小量为单位呈现跳跃式的变化。 “量子化”这一重要概念是普朗克（Plank）于1900年首先提出的。他根据黑体辐射实验的结果，提出能量的传递与变化是不连续的，是量子化的这一大胆假说。这是与传统的物理学观念相背的、革命性科学假说，后来发展为量子论，是现代量子力学发展的开端，是科学发展史上具有划时代意义的里程碑之一。 普朗克把能量的最小单位称为能量子，简称量子。以光或辐射形式传递的能量子具有的能量ε与辐射的频率成正比： 式中，h＝6.626×10-34J·s，称为普朗克常数。 原子光谱是分立的线光谱而不是连续光谱的事实，是微观粒子运动呈现“量子化”特征的一个很好的证据。 按照经典电磁学理论，原子中的电子在环绕原子核不断高速运动时，会不断地对外辐射出电磁波，而辐射的电磁波波长应不断逐渐增长。据此推断，原子的发射光谱应为一连续光谱。然而，实验事实表明，原子光谱是分立的线光谱。 由图可见，氢原子光谱的谱线的波长不是任意的，其相应的谱线频率也是特定的，各谱线的频率是不连续的，而是跳跃式变化的。 波尔原子模型要点：卢瑟福模型＋量子化条件 波尔模型的成功与局限性 成功地解释了原子的稳定性，氢原子光谱（线光谱）的不连续性，预测了氢光谱的新线系及理得堡常数等。 局限：未脱离经典力学的框架；电子运动并没有确定的轨道。 20世纪初，爱因斯坦（Einstein）的光子理论阐述了光具有波粒二象性（wave-particle dualism），即传统被认为是波动的光也具有微粒的特性： 1924年德布罗依（de Broglie）受光具有波粒二象性的启发，提出分子、原子、电子等微观粒子也具有波粒二象性。 对于质量为m、以速度v 运动着的微观粒子，不仅具有动量（粒子性特征），而且具有相应的波长（波动性特征）。两者间的相互关系符合下列关系式： 这就是著名的德布罗依关系式，它把物质微粒的波粒二象性联系在一起。式中λ称为物质波的波长，或德布罗依波长。 根据德布罗依关系式，可求得电子的波长。例如以的速度运动的电子，其德布罗依波波长为： 这个波长相当于分子大小的数量级。因此，当一束电子流经过晶体时，应该能观察到由于电子的波动性引起的衍射现象。 以后的实验又发现了许多其它的粒子流，如质子射线、?射线、中子射线、原子射线等通过合适的晶体靶时都会产生衍射现象，其波长都符合德布罗依关系式。 二、原子结构 经典力学，经典物理学对宏观物质运动状态的描述 发射的子弹，行进的火车，运动的星球…… 一定的轨道（几何形状），一定质量，一定速率（v0、a一定），则在指定时刻的位置，速度，及能量都是确定的，可求的。 微观粒子的运动并不遵循牛顿力学为基础的经典物理规则。按海森堡测不准原理，微观粒子在指定时刻的空间位置和能量是不可能同时确定的。确定了能量（或速度v)，其位置将是不确定的——弥散的： 原子中电子的运动具有波粒二象性，所以原子中电子的运动应服从某种波动的规律，可以用某种波动规律来表述原子中电子的运动特征与所处的状态。1926年奥地利物理学家薛定谔（Schr?dinger）根据德布罗依物质波的思想，以微观粒子的波粒二象性为基础，参照电磁波的波动方程，建立了描述微观粒子运动规律的波动方程，即著名的薛定谔方程： 薛定谔方程，是函数Ψ对x、y、z三个空间坐标变量的二阶偏微分方程。Ψ是薛定谔引入的一个物理量，它是电子空间坐标x、y、z的函数： Ψ （x，y，z）。薛定谔用Ψ（x，y，z）来描述或