原子核外电子的运动状态.pptVIP

*高分子材料化学基础教材:郭建民主编化学工业出版社第一章物质的结构基础(1)讲解：材料系熊建利1原子核外电子的运动状态*1原子核外电子的运动状态2原子核外电子排布与元素周期律3元素性质的周期性第一节?原子结构和元素周期表学习要求*理解原子核外电子运动的特性；了解波函数表达的意义；掌握四个量子数的符号和表示的意义及其取值规律；理解原子轨道和电子云的角度分布图。掌握核外电子排布原则及方法；掌握常见元素的电子结构式；理解核外电子排布和元素周期系之间的关系；了解有效核电荷、电离能、电子亲合能、电负性、原子半径的概念。3.统计性测不准原理在经典力学中，宏观物体在任一瞬间的位置和动量都可以用牛顿定律正确测定。如太空中的卫星，换言之，它的运动轨道是可测知的，即可以描绘出物体的运动轨迹(轨道)。而对具有波粒二象性的微粒，它们的运动并不服从牛顿定律，不能同时准确测定它们的速度和位置。1927年，海森堡(HeisenbergW)经严格推导提出了测不准原理：电子在核外空间所处的位置(以原子核为坐标原点)与电子运动的动量两者不能同时准确地测定。因此，也就无法描绘出电子运动的轨迹来。微观粒子的运动规律可以用量子力学中的统计方法来描述。如以原子核为坐标原点，电子在核外定态轨道上运动，虽然我们无法确定电子在某一时刻会在哪一处出现，但是电子在核外某处出现的概率大小却不随时间改变而变化，电子云就是形象地用来描述概率的一种图示方法。图为氢原子处于能量最低的状态时的电子云，图中黑点的疏密程度表示概率密度的相对大小。由图可知：离核愈近，概率密度愈大；反之，离核愈远，概率密度愈小。综上所述，微观粒子运动的主要特征是具有波粒二象性，具体体现在量子化和统计性上。核外电子运动状态描述*因为微观粒子的运动具有波粒二象性的特征，所以核外电子的运动状态不能用经典的牛顿力学来描述，而要用量子力学来描述，以电子在核外出现的概率密度、概率分布来描述电子运动的规律。回忆中学怎样描述核外电子排布*STEP1STEP2STEP3STEP4电子层电子亚层(电子云形状)3电子云的伸长方向4电子的自旋1.薛定谔方程*1926年，奥地利物理学家薛定谔(E.Schrodinger)根据电子具有波粒二象性的概念，提出了微观粒子运动的波动方程：ψ：波函数h：普朗克常数m：粒子质量E：总能量V：体系的势能x、y、z：空间坐标2.波函数(?)与电子云(???2)为了有利于薛定谔方程的求解和原子轨道的表示，把直角坐标(x,y,z)变换成球极坐标(r,?,?)，其变换关系见图。直角坐标与球极坐标的关系处于每一定态(即能量状态一定)的电子就有相应的波函数式。解薛定谔方程得到的波函数不是一个数值，而是用来描述波的数学函数式?(r,?,?)，函数式中含有电子在核外空间位置的坐标r,?,?的变量。?本身没有明确的物理意义。只能说?是描述核外电子运动状态的数学表达式，电子运动的规律受它控制。波函数?绝对值的平方却有明确的物理意义。它代表核外空间某点电子出现的概率密度。量子力学原理指出：在核外空间某点p(r,?,?)附近微体积d?内电子出现的概率dp为dp=???2?d?(3-11)所以???2表示电子在核外空间某点附近单位微体积内出现的概率，即概率密度。3.量子数*在求解薛定锷方程时，为使求得波函数?(r,?,?)和能量E具有一定的物理意义，引入“量子数”这个概念。量子数：表示原子内部电子活动的能量、角动量、……等的一组正数或半整数。量子数分为主量子数n、角量子数l、磁量子数m和自旋量子数ms。(1)主量子数(n)*在同一原子内，具有相同主量子数的电子，可看作构成一个核外电子“层”。1n可取的数为1，2，3，4，…，目前只到7，分别表示为K,L,M,N,O,P,Q2n值愈大，电子离核愈远，能量愈高。由于n只能取正整数，所以电子的能量是量子化的。3轨道角动量量子数(l)*具有相同l值的可视为处于同一“亚层”。l可取的数为0，1，2，…(n–1)，共可取n个，在光谱学中分别用符号s，p，d，f，…表示，相应为s亚层和p亚层、s电子和p电子之称。l反映电子在核外出现的概率密度(电子云)分布随角度(?,?)变化的情况，即决定电子云的形状。在多电子原子中，当n相同时，不同的角量子数l（即不同的电子云形状）也影响电子的能量大小。(3)磁量子数(m)*m值反映电