[理学]第八章 原子结构.ppt

第七章 原子结构和元素周期律 普通化学 第七章 原子结构和元素周期律 第八章 原子结构 主要内容 电子的波粒二象性 电子运动状态的描述（四个量子数） 波函数与原子轨道、电子云 多电子原子结构与核外电子排布 元素周期律 §8.1 原子结构的Bohr理论 一、氢原子光谱（spectrum) 氢原子光谱在可见光区有四条比较明显的谱线： Hα、H β 、H γ 、Hδ 氢原子光谱的特征 （1）不连续线状光谱，从红外到紫外光区呈现多条具有特征波长的谱线 （2）每一条谱线有固定的波长λ （3）各谱线距离不相等，从长波到短波， Hα至Hδ 等谱线间的距离越来越小 巴尔麦公式 里德堡公式：（瑞典物理学家） 二、 Bohr原子结构理论 普朗克量子论（1900年）：物质吸收或发射能量是不连续的、量子化的。只能以单个的，一定分量的能量的方式吸收或发射能量。 爱因斯坦的光子学说（1905年）能量子就是指该辐射特征的能量的最小单位。由于能量是以光的形式传播出来的，所以又叫光量子（光子）光子的能量大小与光的频率成正比： E= h? h:普朗克常数= 6.626×10-34J.S 玻尔理论 （1）定态假设： 原子的核外电子在轨道上运行时，只能够稳定地存在于具有分立的、固定能量的状态中，这些状态称为定态（能级），即处于定态的原子的能量是量子化的。此时，原子并不辐射能量，是稳定的。 (定态：stationary state) （2）跃迁规则：原子的能量变化（包括发射或吸收电磁辐射）只能在两定态之间以跃迁的方式进行。 在正常情况下，原子中的电子尽可能处在离核最近的轨道上。这时原子的能量最低，即原子处于基态。 (基态：ground state)； 当原子从外界 获得能量时， 电子可以跃迁到离核较远的轨道上去，即电子被激发到较高能量级上，此时原子和电子处于激发态(excited state)。 处于激发态的电子不稳定，可能跃迁到离核较近的轨道上，同时释放出光子。 光子的频率决定于两个能级间能量之差。 ?E=hν= E2-E1 玻尔理论解决的问题 说明了激发态的原子发光的原因 说明了原子辐射的不连续性，从而阐明了氢原子光谱波长或频率的不连续性 说明了氢原子光谱频率的规律性 提出了量子数n的概念。 玻尔理论的局限性 （1）对多电子原子光谱不能解释 （2）对氢原子的精细光谱不能说明 §8.2 微观粒子运动的基本特征 一、微观粒子的波粒二象性（particle-wave duality) 光的干涉、衍射实验——光具有波动性 ν =c/λ 光电效应——光具有粒子性 动量 p= mc 能量 E=hν 按照相对论的质能联系定律 E= mc2 光子的频率ν、波长λ、能量E、动量p之间有如下关系： 电子的波粒二象性 电子的波长λ： 二、 测不准原理与微观粒子运动的统计规律 1927年，德物理学家海森堡 对于具有波粒二象性的微观粒子，不可能同时准确测定它们在某一时刻的位置和速度。 ?x? ?px≥h/4π 核外电子无固定轨道，只能应用概率。 微观粒子的运动服从量子力学规律。 §8.3 氢原子结构的量子力学描述 一、 Schr?dinger 方程与波函数 Schr?dinger 方程的意义 对于一个质量为m，在势能V的势能场中运动的微粒（如电子）来说，有一个与粒子运动的稳定状态相联系的波函数?，这个波函数服从Schr?dinger 方程 该方程的每一个特定解?n,l,m(x,y,z)表示原子中电子运动的某一稳定状态，与这个解相应的常数E就是电子在这个稳定状态的能量。 波函数?(x,y,z)是量子力学中描述核外电子在空间运动状态的数学函数式，即一定的波函数表示一种电子的运动状态。 ?(x,y,z)是在三维空间里能找到该运动电子的一个区域，把这个区域叫原子轨道（AO) 1.坐标变换 将波函数?(x,y,z)的直角坐标变换为球坐标（r,θ,φ），波函数就成为球坐标r,θ,φ的函数 将波函数? （ r,θ,φ）写成两部分的乘积 ? （ r,θ,φ）= R(r) Y(θ,φ) 2. 四个量子数 （１）主量子数(n) 取值：n= 1,2,3……n正整数 n决定电子层数 电子层:电子在核外空间出现几率最大的一个区域。 决定原子轨道的能量 n越大，电子离核越远，电子的能量越高。 n = 1 2 3 4 5 6