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物质结构I
第一节 微观粒子的运动特征 量子数结构示意图: 量子数小结: 原子轨道是由三个量子数 n,l,m 确定;原子中每个电子 的运动状态用四个量子数n、l、m、ms描述,四个量子 数确定之后,电子在核外空间的运动状态也就确定了。 例:当 (n,l,m,ms) 为 (3,1,0,+1/2),表明该电子 处在原子中第三电子层,原子轨道为哑铃状,在空间伸展方 向为Z轴方向,即3pz,电子采取顺时针方向自旋。 注意:各量子数间的取值规定 泡利不相容原理:在同一原子中,不可能有四个量子数 完全相同的两个电子;即同一原子中无状态相同的电子。 电子层最大容量原理:同一轨道上只能容纳两个自旋方向 相反的电子;第n个主层上有n2个轨道,最多可容纳2n2个电子 三、波函数与电子云图象 概率密度: 电子云图: 以黑点的疏密表示概率密度分布的图形,是 电子在核外空间概率密度分布的形象化表示。 1s 电子云 1s电子云 界面图 (P 95%) 波函数与电子云图形 R n, l (r) :波函数的径向部分,由n, l 决定 Y l, m (?, ? ):波函数的角度部分,由l, m 决定 ★ R2 n, l (r) : 电子云 (? 2)径向密度分布 r2R2 n, l (r) : 电子云 (? 2)径向分布 (电子在离核半 径为r单位厚度的薄球壳内 出现的几率)★ Y2 l, m (?, ? ):电子云(? 2)角度分布 ★ 氢原子一些波函数的径向部分和角度部分 2pz 2py 2px 2s 1s Yl,m (θ,φ) Rn (r) ψn,l,m (r,θ,φ) 轨 道 波函数的角度分布图: ---是角度函数Y l, m (?, ? )随?, ? 变化的图象。 s轨道: l = 0, m = 0 从坐标原点出发,引出方向为(θ, ?) 的直线,取其长度为Y,把各个端点 连接起来在空间构成曲面。 操作: + p轨道: l = 1, m = 0, ±1 + - + - - + + - 30o 60o d轨道: l = 2 m = 0, ±1, ±2 + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - 电子云的角度分布图: ---Y2 l, m (?, ? )随?, ? 变化的图象。 s,p,d 原子轨道的角度分布图 s,p,d 电子云角度分布图 区 别 ! 电子云的径向分布图: R2 n, l (r): 电子云(? 2) 径向密度分布函数 r2R2 n, l (r): 电子云(? 2) 径向分布函数 之一:(蓝色曲线) ★ 纵坐标: R2 ★ 离核越近, 电子出现的概率密度(单位体积内的概率)越大。 (这种曲线酷似波函数分布曲线) 之二:(红色曲线) ★ 纵坐标: 4πr 2 R 2 ★ 4πr2R2曲线是4πr 2曲线和R 2 曲线的合成曲线 ★ 曲线在 r =53 pm 处出现极大值, 表明电子在距核53 pm的单位厚 度球壳内出现的概率最大 ★ 波动力学模型得到的半径恰好 等于氢原子的玻尔半径 电子云的径向分布图: 电子云径向分布图: --- r2Rn,l(r)2 随r 变化作图 表示电子在离核半径为r 的单位厚度的 薄球壳内出现的几率: dr r r+dr 氢原子的几种 径向分布图: 峰表示几率出现大的半径位置 峰的个数:n - l n越大,离核越远;n 相同,平 均距离相近 52.9 pm 氢原子基态Bohr半径处 电子云分布图: ---综合了角度部分和径向部分 ns电子云空 间分布图 ns电子云空 间分布图 np电子云空 间分布图 第三节 多电子原子核外电子的运动状态 一、屏蔽效应和穿透效应 屏蔽效应: 在多电子的原子中,每个电子除了受原子核(Z)的吸引外,同时还受其他(Z –1)个电子的排斥。这种排斥作用相当于抵消了部分原子核电荷的 作用,称为屏蔽效应。 单电子体系: 多电子体系: 有效电荷: σ:屏蔽常数 内层电子对外层电子的屏蔽作用较大, 外层电子对较内层电子近似看作不屏蔽。 n越小,屏蔽作用越大: K L M N··· ··· n越大, 被屏蔽程度(σ)越大,z*越小,势能越高 K L M N··· ··· 3d 3p 3s 钻穿效应: 主要是指n相同,l不同 的轨道,由于电子云径向分布不同,电子穿过内层钻穿到核附近回避其他电子屏蔽的能力不同从而使其能量不同的现象。电子钻穿的结果,降低了其余电子对它的屏蔽作用,受到的有效核电荷的作用增强,从
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