化学原子结构的承诺分析.ppt

第七章 原子结构;普朗克方程： Ｅ＝hν Ｅ—光子的能量 ν—光的频率 h—Planck常量， h =6.626×10-34J·s;2、氢原子光谱; 为解释原子可以稳定存在的问题和氢原子的线状光谱，1913年，丹麦物理学家玻尔总结普朗克的量子论、爱因斯坦的光子论和卢瑟福的原子模型结构，提出了玻尔理论。; （2）正常情况下，原子中电子尽可能处在离核最近的轨道上运动，此时能量最低 — 原子处于基态（最低能级n1=1）。当原子受到辐射获得能量后，电子可跃迁到离核较远的轨道上 — 原子处于激发态（较高能级n2）；电子在轨道上运动时所具有的能量只能取某些不连续的数值，即电子的能量是量子化的。;（3）处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核较近的轨道上，能量差以电磁波的形式辐射。;求出氢原子轨道的半径和能量;应用玻尔理论解释氢原子光谱：;成功解释了氢原子光谱的产生（1922年获得诺贝尔物理奖）； 证实了里德伯公式（表示氢原子谱线的经验公式）； 提出了能级概念； 但不能说明多电子原子光谱和氢光谱的精细结构。 ;; ;证实：电子衍射实验的干涉图纹;1927年，海森堡（德国）从理论上证明：要想同时测定运动微粒的位置和动量（或速度）是不可能的。如果微粒的运动位置测得越准确，其相应的速度测得越不准确，反之亦然。; 微观粒子的波动性与粒子行为的统计性规律联系在一起，表现为：; ; ; 薛定谔方程;所谓求解薛定谔方程，就是求得描述微粒运动状态的波函数 ? 以及与该状态相对应的能量 E。;波函数? ：描述微观粒子运动的数学函数式。每个? 代表电子在原子中的一种运动状态。; 此处的原子轨道绝不是玻尔理论的原子轨道，而是指电子的一种空间运动状态，指用统计的方法，可在? 所代表的区域内找到核外运动的该电子，而该电子在此区域内（即这一轨道）中的运动是随机的、测不准地出现的。; ? 本身没有明确的物理意义，只能说是描述核外电子运动状态的数学函数式； ? 2 有明确的物理意义：代表电子在核外某处单位体积内出现的概率，即概率密度。; 为了形象地表示核外电子运动的概率分布情况，化学上惯用小黑点分布的疏密表示电子出现概率密度的相对大小。;1s;对薛定谔方程求解;;用变量分离法求解，将原有的波函数分解为：;氢原子的若干原子轨道径向波函数和角度波函数;例：s 轨道角度分布图;;（2）列表： 不同θ角的 Y 值;?;2pz轨道轮廓图;原子轨道角度分布图;2). 电子云角度分布图;原子轨道角度分布图和电子云角度分布图的区别;原子轨道角度分布图较宽大，电子云图形较瘦小。; 电子云的角度分布图只能反映出电子在核外空间不同角度的概率密度大小，并不反映电子出现的概率大小与离核远近的关系，通常用电子云的径向分布图来反映电子在核外空间出现的概率离核远近的变化。 ;— 概率密度， ?2的空间分布叫电子云。;电子云的径向分布图—指电子在原子核外距离为r、厚度为dr 的球形薄壳中出现的概率随半径 r 变化时的分布图。;以D(r)对 r 作图即可得电子云径向分布图 ; 52.9 pm恰好是玻尔理论中基态氢原子的半径，与量子力学虽有相似之处，但有本质上的区别。 ;氢原子部分状态电子云径向分布示意图;主量子数 1 2 3 4 5 6 7 电子层符号 K L M N O P Q;n 值越大，表示电子离核越远、能量越高。;2. 角量子数 l;角量子数的意义 ; 主量子数和角量子数关系;对于多电子体系，电子能量由n、l 共同决定（E = n + 0.7 l ), 在n 值相同的同一电子层中, l 值越大, 电子能量越高，如：E 3S?E 3p ? E3d ，从能量的角度看，亚层也常称为能级。;3. 磁量子数m;l = 0，s 轨道，m 的取值数 2l+1=1个，m=0， 1个s 轨道 l = 1，p 轨道，m的取值数 2l+1=3个，m=0，±1 3个p 轨道 l = 2，d 轨道，m的取值数 2l+1=5个，m=0，±1，±2 5个d 轨道;角量子数与磁量子数关系;; 解薛定谔方程解出一个波函数?，就得到一条原子轨道；但要使其解是合理解，需要指定三个量子数 n，l，m为一定值；另外，原子光谱的精细结构表明，电