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第一章 原子结构 原子线状光谱 例 近代原子结构理论：氢原子光谱1913年，玻尔，Neils Bohr，丹麦1922 年, 诺贝尔奖与爱因斯坦比肩的伟大科学家 在普朗克（Planck）的量子论，爱因斯坦光子学说和卢瑟福有核原子模型基础上，提出了玻尔定态原子结构理论，初步解释了氢原子线状光谱产生的原因和光谱的规律性，建立了关于原子结构的初步量子理论（旧量子论）。 Bohr的原子结构理论 ： 核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动，且不辐射能量。 通常，电子处在离核最近的轨道上，能量最低—基态； 原子得能量后，电子被激发到高能轨道上，原子处于激发态。 从激发态回到基态释放光能，光的频率取决于轨道间的能量差。 第二节 氢原子的量子力学模型 1. 波粒二象性 wave-particle duality 2. 不确定原理，测不准原理 uncertainty principle 3. 波函数 wave functions 一、 微观粒子的波粒二象性 (二) 物质波假设 法国年轻的物理学家 Louis de Broglie ( 1892 — 1987 )，因发现电子的波动性，获得1929年诺贝尔物理学奖。出生于法国迪耶普城一个古老而显赫的贵族世家，有亲王头衔。 1924年， 观点：所有运动着的物体（包括所有的微观粒子）都具有波动的性质（地球也会波动！）。 波粒二象性是微观粒子的基本属性。 物质波是大量粒子在统计行为下的几率波。 微观粒子，不能同时准确测量其位置和动量。 具有波动性的粒子没有确定的运动轨道或轨迹。 微观粒子不同于宏观物体,它们的运动是无轨迹的，即在一确定的时间没有一确定的位置。 ?x · ?px ≥h / 4π或 ?x ≥ h/4πm ?? ?p ——粒子动量的不准确量 ?x —— 粒子的位置不准确量 ?? ——粒子的运动速度不准确量 Schr?dinger’s equation 由薛定谔方程推出的结论： ?是薛定谔方程的解 薛定谔方程的解为系列解；为了得到核外电子运动状态的合理解，必须引进只能取整数值的三个参数n，l，m，它们称为量子数。每个解都要受到n，l，m的规定，因此，一个波函数可以简化用一组量子数（n，m，l）来表示。 每个解?（r，θ，φ）可表示成两个函数R（r）和Y（θ，φ）的乘积 ?（r，θ，φ）＝Rn,l（r）·Yl,m（θ，φ） 波函数是描述原子核外电子运动状态的数学函数，每一个波函数代表电子的一种运动状态。 决定电子在核外空间的概率分布，相似于经典力学中宏观物体的运动轨道。因此，量子力学中通常把原子中电子的波函数称之为原子轨道或原子轨函。 严格地说原子轨道在空间是无限扩展的，但一般把电子出现概率在99%的空间区域的界面作为原子轨道的大小。 波函数 = 原子轨道 一、屏蔽效应与钻穿效应 1、屏蔽效应 多电子原子中，某电子 i 受到其余电子的排斥作用而使其有效核电荷降低的现象，称为其余电子对该电子 i 的屏蔽作用。 多电子原子中电子i的能量公式： (Z –σ)= Z′ E：能量 σ：屏蔽常数 screening constant Z：核电荷数 Z′：有效核电荷数effective nuclear charge 外层电子可以钻入内电子壳层而更靠近原子核。 钻穿结果降低了其它电子对它的屏蔽作用，起到了增加有效核电荷，降低轨道能量的作用。 电子钻穿得愈靠近核，电子的能量越低。 由于电子钻穿而引起能量发生变化的现象称为钻穿效应（drill through effect）或穿透效应（penetration effect）。 3. 多电子原子轨道能级 当l相同时，n越大，轨道的能级越高 E1 E2 E3 E4 当n相同时，l越大，轨道的能级越高 钻穿效应：ns ＞ np＞ nd ＞ nf 能级：E(ns) E(np) E(nd) E(nf) 当n和l都不同时，可能发生n较大的某些轨道的能量反而比n小的某些轨道能量低的现象。