第9章 原子结构与周期系1.ppt

第九章 原子结构与周期系 前言 原子结构理论的发展简史 一、道尔顿(J. Dolton) 的原子理论 --------19世纪初 二、卢瑟福(E.Rutherford)的行星式原子模型 -------20世纪初 三、玻尔(N. bohr)原子模型 -------20世纪初 四、量子力学原子模型 ------- 20世纪20年代 第一节 核外电子运动的特征 一、量子化特性 能量的量子化∶能量变化 (发射、吸收等) 是不连续 的，是某一基本量 (即量子) 的整数倍。 量子的能量为∶ E = hν 变化总能量为∶ E = nhν (一) 氢原子光谱 1. 连续光谱(continuous spectrum) 2. 线状光谱(原子光谱)(line spectrum) 3. 氢原子可见光谱 (二) 玻尔原子模型 根据量子化条件，氢原子核外轨道的能量∶ 或 当 n→∞，电子将脱离原子核的电场引力，E →0。 能级∶电子运动所处的不连续能量状态。 3、通常电子尽可能处于能量最低的轨道上运动(基态)，当从外界获取能量时电子被激发到高能级（E2）的轨道上运动(激发态)，激发态不稳定，会跃迁到低能级（E1）轨道上运动。释放的光子频率∶ 二、波粒二象性 (一) 德布罗意预言 光的波粒二象性 对于光： p = mc = h? / c = h / ? 对于微观粒子：? = h / P = h /m? 微观粒子的波粒二象性(Louis de Broglie,1924) ? = h /p = h / m? (二) 电子衍射实验 用高能电子束轰击镍金属晶体样品时，得到了 与X射线图像相似的衍射照片。 电子衍射实验证明了电子运动具有与光相似的 波动性。 波粒二象性是所有微观粒子（电子、原子等） 运动的一个重要特性。 (三) 海森堡测不准关系 (Werner Heisenberg, 1927) 微观粒子，不能同时准确测量其位置和动量。 测不准关系式： △x ·△p ≈ h ? x －粒子的位置不准量 ? p －粒子动量的不准量 根据量子力学理论，对微观粒子（电子、原子等） 的运动状态，只能用统计的方法做出概率性（出现 的机会）的描述，而不能用经典力学的固定轨道来 描述。 第二节 核外电子运动状态的描述 —量子力学原子模型 一、薛定谔方程 二、波函数和原子轨道(轨函) （了解） 将直角坐标转换为球极坐标后，得 Ψn ,l ,m (r,θ,φ)=R n ,l (r) ·Y l ,m (θ,φ) 径向部分 角向部分 解薛定谔方程可得到一系列的数学解—波函 数ψ，但并不是所有的解都是合理的，为了得到 核外电子运动状态合理的解，要求一些物理量必 须是量子化的，从而引进了三个量子数n , l , m 。 解薛定谔方程，就是解出对应一组n , l , m的 波函数Ψn ,l ,m (r,θ,φ)及其相应的能量 E n ,l 。 三、四个量子数 1、主量子数 n (电子层) n = 1, 2, 3, 4…正整数，它决定电子离核的远近和能级。 2、角量子数 l (分层，电子亚层) l = 0, 1, 2, 3…n-1 ( l ＜ n ) ，以s，p，d、 f …表示 它决定了原子轨道或电子云的形状，也是决定多电子 原子中电子能量的因素。 3、磁量子数 m m描述原子轨道在空间的伸展方向。 m = 0, ?1, ?2, ?3...? l ( m ≤ l ), 一种取向相当于一个轨 道，共可取2l + 1个数值。 n 和 l 相同， m 不同的轨道其能级相同，称为等价轨道 或简并轨道。 4、自旋量子数 ms ms = ?1/2, 表示电子在核外运动有自旋相反的两种 运动状态，通常用“↑”和“↓”表示。 几点说明∶ (1)原子中每个电子的运动状态可用四个量子数( n ,l ,m , ms )来描述。 (2)泡利不相容原理∶在同一原子中，不能有四个量子数完全相同的两个电子存在。（每个原子轨道最多能容纳两个电子，并且自旋相反） 四、概率(几