南京大学第五版无机及分析化学第三章节原子结构.ppt

6.1.1 氢光谱和玻尔理论; 氢光谱是由一系列不连续的谱线组成，在可见光区（波长λ=400~760nm）有四条比较明显的谱线：;氢原子光谱特征： （1）不连续的线状光谱 （2）1885年，巴尔麦指出，可见光区谱线波长符合如下公式： ; 后来人们在紫外光区及红外光区又发现了另外一些谱线，可用一般式表示： ;2. 玻尔理论 玻尔理论主要内容是以下两点假设： （1）原子中的电子仅能在某些特定的轨道上运动，这些轨道上电子的角动量M为： M = n(h /2π)；n称为量子数，其值为1、2、3... （2）在一定轨道中运动的电子具有一定的能量，称定态。其中能量最低的称基态，其余的称为激发态。电子从一个定态跳到另一个定态时，要吸收或放出辐射能，辐射能的频率与两定态间能量差间的关系为：? = ?E / h;由上述假设可推得氢原子轨道的能量为 E = - A (1 / n2)； A = -2.179?10-18 J ; 可见，由玻尔理论推导得到的公式与实验得到的公式非常一致。 玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，但是玻尔理论却不能解释多电子原子光谱。这是因为他假设电子等微观粒子的运动也服从经典力学定律，这是不正确的，后来人们又提出了量子力学理论。 ;6.1.2 微观粒子的波粒二象性 ;1927年海森堡提出了一个重要的关系式： ?x · ?Px ≈ h h：普朗克常数； ?x：微观粒子在空间某一方向的位置测不准量(或误差)； ?Px：动量在x方向上的测不准量(P = mv)。 ; 具有波动性的微观粒子有着与宏观物体完全不同的运动特点。 要准确测定电子在原子中的位置，电子的运动速度就测不准；反之，若要准确测定电子的运动速度(或能量)，就不能准确测得其位置。 ; 但这并不是说，人们无法研究电子的运动规律。虽然不能测出电子的运动轨迹，但却可以推算出电子在核外空间各处出现机会的多少，即几率的大小。 在量子力学中对电子运动规律的描述具有统计性。;6.2.1 波函数和薛定谔方程; 式中，E：体系的总能量；V：体系的势能；h：普朗克常数； m：微粒的质量；Ψ：波函数，是空间坐标x、y、z的函数。 在一定条件下可以对薛定谔方程求解，方程的???有两个： 一个为体系的总能量E；另一个为波函数Ψ(x,y,z)。 因此在量子力学中是用波函数Ψ(x,y,z)及相应的能量E来描述微观粒子的运动状态的。;2. Ψ的物理意义 波函数本身没有明确的物理意义，只能说Ψ是描述核外电子运动状态的数学函数式，它描述了电子运动的方式和规律。 波函数的平方|ψ|2却有明确的物理意义，它代表原子核外电子在空间某处单位体积内出现的几率即几率密度。;3. 氢原子的波函数 氢原子是最简单的原子，它的薛定谔方程有精解。在解方程中有两点说明： （1）为了求解和讨论方便起见，通常将直角坐标变换成球坐标。 Ψ(r,?,?) = R(r)Y(?,?) R(r)只与距离有关，称为波函数的径向部分； Y(?,?)只与角度有关，称为波函数的角度部分。 ;x = r sinθcosφ y = r sinθsinφ z = r cosθ; （2） 在一定条件下求解薛定谔方程，为了得到合理解，在波函数中必须引入三个量子数，这三个量子数可取的数值如下： 主量子数：n = 1，2， 3，4…∞ 角量子数：l = 0，1，2，3…n-1 共n个 磁量子数：m = 0，±l ，±2... ±l 共2 l +1个 凡符合这些取值限制的Ψ都是薛定谔方程的合理解 ;如：n = 1 l = 0 m = 0 为Ψ (1,0,0) = Ψ1s n = 2 l = 0 m = 0 为Ψ (2,0,0) = Ψ2s n = 2 l = 1 m = 0 为Ψ(2,1,0) = Ψ2p n = 2 l = 1 m = 1 为Ψ(2,1,1) = Ψ2p n = 2 l = 1 m = -1 为Ψ(2,1,-1) =Ψ2p 光谱学上规定： l 0 1 2 3 状态 s p d f ;