物质结构简介剖析.ppt

第五章 物质结构简介 5.1 原子核外电子的排布 5.2 原子的电子层结构与元素周期系 5.3 离子键 5.4 共价键 5.5 分子间力与氢键 5.1 原子核外电子的排布 5.1.1 原子核外电子运动状态的描述 1、氢原子光谱和波尔理论 (1) 氢原子光谱 氢原子在放电管中发兰光，若让其通过三棱镜，则被分解成：红（ 656.2nm H ?）、青（486.1nm H?）、蓝（434.0nm H? ）、紫（410.2nm H? ）、紫（397.0nm H） 五条比较明亮的谱线。若改变电流强度，谱线亮度会有变花，但颜色和位置并不改变，表明它们各有特定的波长。这几条不连续的谱线就构成了氢原子在可见光区的线状光谱。 (2) 波尔理论 基本内容： ① 定态轨道概念 原子中的电子只能在那些符合一定条件的轨道上运动。轨道的能量是量子化的。 ② 轨道能级概念 能级：电子运动时所处的能量状态。电子在不同轨道上运动时具有不同的能量。 ③ 激发态原子发光的原因 当电子从能量较高（E2）的轨道上跃迁到能量较低（E1）的轨道上时，原子以辐射一定频率的光的形式放出能量。 △E= E2-E1= h ν (h=6.626×10-34J·s) =B(1/n12-1/n22) B=-2.179×10-18J ；n1、n2为正整数，且n1＜ n2 定态：核外电子不能沿任意轨道运动，而只能在确定半径 和能量的特定轨道上运动。运动时，不辐射能量，能稳定存在，简称定态。 能级：不同的轨道具有不同的能量，称为能级。（离核越远能量越高） 基态：原子在正常状态下，各电子都尽可能在离核最近的轨道上运动，这时原子能量最低，处于最稳定状态，称为基态。 激发态：当电子吸收外界能量时，由能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，这一过程叫激发。原子处于这种状态的，称为激发态。 辐射：当电子由能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，释放出一定能量（△Ｅ＝Ｅ２－Ｅ１＝ｈν），即发出一定频率的光，称为辐射。 量子化：原子光谱都是不连续的线状光谱，即表明电子跃迁时，放出的能量即两个能级之差也是不连续的，也就是量子化的。 2、核外电子运动的波粒二象性 爱因斯坦 用以下两个公式表示光的波粒二象性： E=hν P= h / ? 左边E、P代表粒子性（光电效应）； 右边ν 、?代表波动性（光的干涉、衍射现象）。 德布罗意关系式 在光的波粒二象性的启发下，提出：一切实物微粒都具有波粒二象性，这种波称为德布罗意波或物质波。 ?=h/p=h/mv h—普朗克常数 p—微粒的动量；m—微粒的质量；v—速度 5.1.2 原子核外电子运动状态的描述 量子力学的最基本假设就是任何微观体系的运动状态都可用一个波函数?来描述，微观粒子在空间某点出现的概率密度可用?2 来表示。 波函数?是描述波动性的数学函数式，含有x、y、z三个变量。 ?的值通过求薛定谔方程而得到。 1、薛定谔方程： ?为波函数，E为体系的总能量， v为势能。 波动方程的含义：质量为m的微观粒子在势能为 v的力场中运动时，其运动状态可用服从该方程的波函数?来描述。 ? 是薛定谔方程的解，波函数?是描述核外电子运动状态的数学函数式，是空间坐标?、y、z的函数，即?=f(?、y、z)，也是由3个量子数n、l、m所规定，一般写成? n,l,m(x,y,z)。 例如： n = 1, l = 0, m = 0, Ψ1, 0, 0 (r,θ,φ) = Ψ1s , E1s ?用球坐标代替直角坐标 ，得到： R(r ) — 是波函数的径向部分，也称径向函数，随电子离核的距离而变化，并含有n、l 两个量子数； Ｙ（ ?、 ? ）— 波函数的角度部分，表示波函数随?、 ?角度的变化而变化， 含有l、m两个量子数。 2、波函数与原子轨道 当n、l、m的数值一定，就有一个波函数的具体表达式，电子在空间的运动状态也就确定了。 3、概率密度和电子云 电子在核外某处单位体积内出现的概率称为该处的概率密度， 用?２表示。 电子云：是用小黑点的疏密来表示电子在核外空间概率密度(又称电子云密度)分布的图像。 如图 2-3是氢原子的 1s 电子云示意图。 核外电子在空间某点附近单位微体积d?内出现的概率： d? = ?２d? 如s态的电子为球形， 壳层概率指离核半径为 r,厚度为dr的球形薄壳