无机及分析化学原子结构PPT资料.ppt

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如果这样，原子就会毁灭，客观世界就不复存在。

经典电磁理论与氢原子光谱的矛盾,1氢原子光谱,原子光谱是线状的而不是人们所想象的带状的，说明能量的释放是不连续的这与传统的电磁理论冲突。

这种冲突直到普朗克提出了能量量子化的概念后才得到解决。

一、氢原子光谱和玻尔理论,2普朗克能量量子化概念,物理学家普朗克在研究黑体辐射现象（受到加热的黑色物体例如：

石墨等会辐射出电磁波）时，提出了量子化的概念。

他认为带电振子的能量不是无限连续的，它应是某个最小能量变化单位h（光量子）的整数倍数，称之为光量子的整数倍数，其中为普朗克常数。

普朗克的理论促使人们对原子中的电子所发出的光波重新思考。

2普朗克能量量子化概念,黑体辐射试验数据模拟,在普朗克能量量子化理论的启发下，根据氢原子光谱是线状光谱的事实，丹麦数学家玻尔提出了他所设想的氢原子模型。

一、氢原子光谱和玻尔理论,3.玻尔理论的核心内容（1913年，丹麦物理学家）,3.玻尔理论的核心内容（1913年，丹麦物理学家）,a.核外电子在绕核的稳定的轨道上运动。

在此轨道上运动的电子不放出能量，也不吸收能量。

-回答了原子可以稳定存在的问题。

在一定的轨道上运动的电子具有一定的能量。

Bohr根据自己的假设，推导出了氢原子核外轨道的能量公式：

（n=1,2,3的正整数）,量子化条件,或,氢原子处于基态时，电子在n=1的轨道上运动，能量最低：

E1=-2.17910-18J其半径r=52.9pm,称为Bohr半径。

由于n取正整数，故原子中电子能量的变化是不连续的，是一级一级分开的。

n取不同的值，对应不同的En,称为电子的能级。

C电子只有在不同的轨道之间发生跃迁时才会有能量的吸收和放出。

当电子从高能级轨道跃迁到低能级轨道时，会以光能的形式放出能量：

与实验得出的公式一致。

E:

轨道的能量：

光的频率h:

Planck常数,通过理论计算得到的波长与实验值惊人的吻合，误差小于千分之一。

#Bohr理论小结

（1）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;

（2）通常保持能量最低-基态（3）获能量激发-激发态（4）从激发态回到基态释放光能,局限性：

仍沿用经典的力学概念，把核外电子的运动看作是行星绕太阳运动。

3玻尔理论,玻尔理论的优点：

（1）成功引入量子理论，打破了经典理论的束缚。

（2）成功解释了氢原子光谱线状的事实。

（3）利用理论计算出的一些数据，如电离能、原子半径等与实验结果相符。

3玻尔理论,

（1）仍没有完全脱离经典理论的影响。

（2）对多电子原子的解释不正确。

（3）对氢原子光谱的精细结构无法解释。

人们对原子结构的认识又陷入了困境。

玻尔理论的不足：

二、微观粒子的运动特性波粒二象性,光具有波粒二象性既具有波动性，又具有粒子性。

德布罗意大胆预言：

一些微小的粒子（如电子、中子、质子等）也具有波粒二象性，其波长为=h/m，他计算电子表现波动性的波长为0.728nm,电子的衍射实验：

证明电子具有波粒二象性。

问题：

为什么宏观物体不具有波粒二象性？

如：

1克运动速度为300米/秒的子弹表现波动性时波长约为10-26nm（公式：

=h/m）,波粒二象性是微观粒子的基本属性之一。

X-raydiffractedelectrondiffracted,微观粒子的位置与动量之间存在着测不准关系：

即xphh为普朗克常数：

6.62610-34J.sx和p分别为位置不确定量和动量不确定量根据测不准原理，粒子位置的测量准确度越高，其动量的准确度就会愈差，反之亦然。

三、测不准原理（德国物理学家海森保提出）,对于宏观物体，如质量为1克的物体，其x=10-6m（已相当准确），其速度的不准确度为10-25m.s-1，这远远小于其运动速度，完全可以忽略.表明测不准原理对于宏观物体实际上起不了作用。

对于原子，其尺寸大小的数量级为10-10m，则其位置的合理准确度至少要达到x=10-11m，根据测不准原理电子速度的不准确度为6106m.s-1，这已与电子的本身速度相当确定电子位置的同时，其速度就测不准，要同时测准其位置和速度是不可能的表明电子运动的轨道已不复存在。

物质,服从量子力学,没有确定的运动轨道,测不准原理否定了玻尔理论中核外电子运动有固定轨道的观点。

奥地利物理家E.Schrdinger,四核外电子运动状态的近代描述,

（一）波函数与原子轨道,1.薛定谔方程,Seq的解：

（1）电子每一种可能的运动状态所对应的波函数

（2）该运动状态（）所对应的总能量E.,波函数的物理意义：

波函数表示核外电子的一种可能的运动状态。

3.原子轨道,一个波函数代表电子的一种空间运动状态，其空间图形可以形象的理解为电子运动的空间范围称为一个原子轨道。

1）直角坐标（x,y,z）与球坐标的转换,4.求解波函数过程中需要的条件,波函数径向部分,波函数角度部分,y=kx+b二维空间,1个自变量+1个函数,两个变量z=ax+y+c三维空间,2个自变量+1个函数,三个变量（r,）or（x,y,z）属于四维空间,3个变量+1个函数,无法用立体图形画出来,所以只好从不同的片面去认识这一问题,把波函数分为径向部分和角度部分,分别来讨论.,2）径向分布和角度分布,3）波函数的合理解的条件,一般函数式f（x）=ax+b,波函数,常数（又叫参数）a,b变数x,f（x）,参数：

n,l,m变量：

x,y,z,只有n,l,m取值合理才有意义，每一组确定的n,l,m便相应地确定了一个合理的解，此解表示电子运动的一种状态。

在量子力学中把n.l.m都具有一定数值的一个波函数称为一个原子轨道。

下面直接给出一些解的形式:

只有r是变量,为球形1s,2s,2pz,从以上三个式子中可见,波函数被分为两项,即为径向部分R和角度部分Y.,在此,并不要求我们去解薛定谔方程,只要了解薛定谔方程的形式以及其特殊的解即可.波函数的下标1,0,0;

2,0,0;

2,1,0所对应的1s,2s,2pz是什么?

意义如何?

?

（二）确定核外电子运动状态的四个量子数-核外电子的“名片”,

（1）主量子数n

（2）角量子数l,（3）磁量子数m,（4）自旋量子数ms,n=1,2,3,正整数,波函数的下标1,0,0;

2,1,0所对应的是n,l,m,称为量子数.,1.主量子数（n）,取值：

非零正整数,物理意义：

决定电子运动的能量及离核平均距离。

不同的n值，对应于不同的电子层。

n描述电子层能级高低次序和离核远近的参数,单电子原子:

四个量子数,取值受主量子数n的限制,2.角量子数（l）,取值及物理意义,取值:

l的取值0，1，2，3（n1）常用符号：

s,p,d,f.（亚层）,物理意义,n=1，l=01sn=2，l=0，1，2s，2pn=3，l=0，1，23s，3p，3dn=4，l=0，1，2，34s，4p，4d，4f,任何一个电子层所包含的电子亚层数=该电子层的层数n。

l表示同一层中具有不同状态的分层或称亚层。

四个量子数,如s（l=0）轨道是球形的,而p（l=1）轨道呈哑铃形,d（l=2）轨道呈花瓣形.,l决定了的角度函数的形状。

描述原子轨道或电子云的形状.,2.角量子数（l）,四个量子数,2.角量子数（l）,对于多电子原子,l还同能量有关。

n和l都相同的电子具有相同的能量,构成一个能级（又称亚层）。

常用符号nl表示,如3s，2p，3d，5f等。

单电子原子:

多电子原子:

如对H原子:

（l相同时n则E）,对多电子原子:

（n相同时l则E）,单电子原子中电子的能量由n决定。

多电子原子中电子的能量由n和l共同决定。

四个量子数,3.磁量子数（m）,表示原子轨道或电子云在空间的伸展方向（或取向）,每一个磁量子数代表一个伸展方向。

物理意义及取值：

磁量子数m取值受角量子数l的限制。

m有（2l1）个数值。

取值要求：

m=0，1，2l,四个量子数,m与E无关,同一亚层中原子轨道能量相等（3个p轨道，5个d轨道，7个f轨道），称简并轨道或等价轨道。

3,1,5,l、m的取值关系,四个量子数,例题.推算n=3的原子轨道数目,并分别用三个量子数n,l,m加以描述.,解:

n=3,则l=0,1,2n=3l=0,1,2m=0;

-1,0,+1-2,-1,0,+1,+2轨道数目:

1+3+5=9（条）,分别为:

n333333333l011122222m0-10+1-2-10+1+2,在第n个电子层上，有n2个轨道。

n,l,m表明了:

（1）轨道的大小（电子层的数目,电子距离核的远近）,轨道能量高低;

（2）轨道的形状;

（3）轨道在空间分布的方向.因而,利用三个量子数即可将一个原子轨道描述出来.,四个量子数,四个量子数,自旋量子数不是由解波动方程得到的，而是由实验发现的。

1921年斯脱恩和日勒契做了让电子束通过不对称磁场的实验，发现通过磁场后原子束分裂为两组。

这一实验结果可以说明电子有自旋运动。

4.自旋磁量子数ms,表示电子的自旋方向。

ms取值：

+1/2或-1/2。

分别用“”和“”表示。

4.自旋磁量子数ms,小结：

n,l,m和ms四个量子数共同决定一个电子的运动状态,而且是唯一的运动状态。

n,l,m确定电子的空间运动状态（原子轨道）,ms确定电子的自旋运动状态,确定电子的运动状态,n、l、m、ms的取值关系,0,0,1,2,0,1,0,1,01,3,4,0,1,2,0,1,01,3,012,5,9,18,0,1,2,3,0,1,01,3,012,5,0123,7,16,32,8,n2,1,2n2,结论：

同一原子中，不可能有运动状态完全相同的电子存在，即同一原子中各个电子的四个量子数不