工程科学大学第六章.ppt

第 六章 原子结构与周期系;引言;原子（atom）这个字来自希腊的“atomos”, 意即不可分割的（indivisible）。 早期的希腊哲学家是原子概念的创造者。例如Democritus（460-370B.C.）认为“The matter is composed of small, indivisible particles, which are called atoms”。 不过一般认为英国的school teacher J.Dalton 在1803-1807年提出了原子理论（atomic theory）,他是公认的原子论之父。他出身寒微，穷困不堪，终身未娶，致力于科学研究工作五十年。他是一位色盲的化学家（color blindness），所以现时往往称Daltonism为色盲。;在十九世纪后半叶,许多新的发现修正了道尔顿的原子概念，原子不再被看成是道尔顿所假设的简单实体，它是由许多微小粒子组成的复杂体系。 1886年 Goldstein 质子 1897年 J. J. Thomson e/m 1909 Robert Millikan e = 1.602?10?19C 1910 Rutherford “原子有核”模型 1932年 Chadwick 中子;1. 光的波粒二象性;2. 微观粒子的波粒二象性;Sample exercise: What is the characteristic wavelength of a electron with a velocity of 5.97?106 m·s?1 ? (The mass of an electron is 9.11?10?28 g) Solution: The value of Plank’s constant, h , is 6.63?10?34 J·s and recall that 1J = 1kg·m2·s?2;电子衍射实验示意图;电子在电场中加速：;3. 波函数与量子数;波函数Ψ (x，y，z)是一个三维的波函数，三维空间都被自变量占了，波函数的形状、大小就难于在三维空间中表示。; 再对Ψ (r，θ，φ) 进行分离变量： Ψ (r，θ，φ) → R (r) · Y (θ，φ) a. R (r)称为波函数的径向分布（即电子随半径r变化时的分布）， Y (θ，φ)称为波函数的角度分布（即只随θ，φ变化时的分布）； b．Ψ有正负，所以函数图形也有正负； c．它是薛定谔方程的解，所以这种函数表达式有明确的数学含义，并没有直接的物理意义；;;由于上述参数的取值是非连续的，故被称为量子数。当n、l 和 m 的值确定时，波函数便可确定。即：每一个由一组量子数确定的波函数表示电子的一种运动状态。由波函数的单值性可知，不能有两个波函数具有相同的量子数。;n,l,m 轨道 ψ(r, θ, φ) R(r) Y(θ, φ) 1,0,0 1s 2,0,0 2s 2,1,0 2pz 2px 2py ;氢原子的1s轨道：角度部分为 ，是一个与角度无关的常数，其图像是一个半径为 的球面。;θ 0° 30° 60°90°120° cosθ 1 0.866 0.5 0 -0.5 Ypz A 0.866A 0.5A 0 -0.5A;原子轨道角度分布图;e. 波函数的绝对值平方|Ψ |2可以有明确的物理意义(若Ψ为复数，则|Ψ|2 = Ψ·Ψ *)，它表示电子在核外某一点的几率密度。 在空间某点(r，θ，φ)附近的一个体积元dτ中，电子出现的几率为|Ψ|2dτ。 f. 电子云　电子在核外空间出现的机会统计的结果，可以看作带负电荷的电子云。它是|ψ|2 dτ的具体图象。它只是电子行为的统计结果的一种形象化表示法，也有把|ψ|2（几率密度）称为电子云密度。 ;电子云与概率密度;ⅰ．Y2(θ，φ)随角度(θ，φ)变化的图形，这种图形只能表示出电子在空间不同角度所出现的几率大小，并不能表示出电子出现的几率与离核远近的关系。;ⅱ.电子云的径向分布指在单位厚度的球壳内找到电子的概率。设想把电子云通过中心分割成具有不同半径的薄球壳，则半径为r，厚度为dr的薄球壳的体积为4πr2dr，电子在该球壳中出现的几率和径向分布函数4πr2R2(r) 有关。 ;;（1）电子运动确实无轨道可言，只有概率分布的规律。 （2）n越大，电子经常出现的区域离核越 远，能量也越高。 （3）n相同，l不同的电子，l越小在核附 近出现的概率越大。;(1)主量子数n 主量子数n取值为1