《原子结构和元素周期表+2010[1].10.25[新]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《原子结构和元素周期表+2010[1].10.25[新]（78页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2.1 氢原子结构2.2 多电子原子结构2.3 元素周期律第二章 原子结构和元素周期表本章重点：理解原子轨道和电子云的概念掌握四个量子数的物理意义和合理取值能写出元素的核外电子排布和价电子层构型了解周期的划分，确定元素在周期表中的位置了解原子半径、电离能、电子亲合能、电负 性的周期性变化规律1.1.1 氢原子光谱与Bohr理论2.1 氢原子结构1.1.5 氢原子的激发态1.1.4 氢原子的基态1.1.3 Schrdinger方程与量子数1.1.2 电子的波粒二象性1.氢原子光谱2.1.1 氢原子光谱与Bohr理论红 橙 黄 绿 青 蓝 紫连续光谱：太阳光、白炽灯光等，光谱间没有明显的分界线。线
2、状光谱：分立的、有明显界线的谱线,不连续,又称原子光谱演示气体经高温火焰、电火花、电弧等作用产生2.氢原子光谱HHHH演示2.氢原子光谱HHHH氢放电管紫 蓝 青 红特征与规律 不连续光谱,即线状光谱 其频率具有一定的规律n = 3,4,5,6式中 2，n，3.2891015各代表什么意义？经验公式：氢原子光谱特征：为什么激发的原子会发光？如何解释氢原子光谱？量子和量子化1885年Balmer指出1913年里德堡提出量子和量子化：1900年普朗克认为能量是不连续的，具有微小的分立 的能量单位量子；物质吸收或放出能量是不连续的，是量子能量 的整数倍量子化；能量以光的形式传播时，其最小单位又称光量
3、子 或光子；光子能量量子化特征表征微观粒子运动状态的某些物理量具有不连续变化的特征。玻尔理论三点假设：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(1 个)；轨道的不同能量状态称为能级；原子获得能量后，电子被激发到高能量轨道上，原子处于激发态（多个）；处于激发态的电子不稳定，有可能从能级高的轨道跃迁到离核较近的低能轨道，甚至恢复为基态。这时以光的形式 释放能量 。E：轨道能量h：Planck常数3.玻尔(Bohr)理论 ？ ？RH：Rydberg常数2.17910-18J电子运动的轨道半径和电子的能量：H原子能级？氢原子光谱的能量关系式借
4、助于氢原子光谱的能量关系式可定出氢原子各能 级的能量：P53电离能（略）原子能级图原子能级Balmer线系巴尔麦线系n = 3 红（H）n = 4 青（H ）n = 5 蓝紫 （ H ）n = 6 紫（H ）Balmer线系如何计算？END当电子从n=3n=2能级时同理当电子从n=4n=2能级时，得到 谱线从n=5n=2能级时，得到 谱线从n=6n=2能级时，得到 谱线从n=7n=2能级时，得到 谱线当电子从n=2,3,4,5,6n=1能级时,产生赖曼线系(紫外区); 当电子从n=4,5,6n=3能级时,产生帕邢线系（红外区）;波粒二象性光的波粒二象性：光的干涉、衍射 波动性光具有能量、与实物
5、相互作用 粒子性（光压、光电效应）电子的？1924年，法物理学家德布罗依预言：微观粒子也应具有波粒二象性。1924年，Louis de Broglie认为：质量为 m ，运动速度 为的粒子，相应的波长为：2.1.2 电子的波粒二象性1927年，Davissson和Germer应用Ni晶体进行电子衍射实验，证实电子具 有波动性。=h/m=h/p，h=6.62610-34 Js，Plank常量。波粒二象性是微观粒子的运动特征称为物质波或德布罗依波海森堡测不准原理：1927年，德国物理学家海森堡提出测不准关系用位置和动量来描述微观粒子的运动时，所测位置的 准确度愈高，则其动量准确度愈低，反之亦然。即
6、不可能同时准确测定微粒的空间位置和动量。反映了微观粒子的运动特征，但对宏观物体不起作用。统计性微观粒子运动的统计性：考察电子衍射实验， 若电子流很强，则很快得到明暗相间 的衍射环纹显示波动性； 若电子流强度很小，电子一个一个从 阴极灯丝飞出，底片上会出现一个一 个的点显示电子具有粒子性。经一 定时间同样得到明暗相间的衍射环纹。亮环纹处，衍射强度大，电子出现的机会多，即几率大； 暗环纹处则相反。量子力学认为，原子中核外电子的运动不象经典力学 认为的那样有确定的轨道，但具有按几率分布的统计 性规律。薛定谔方程应如何正确描述微观粒子的运动？1.Schrdinger方程2.1.3 Schrdinger
7、方程与量子数（二阶偏微分方程）（是空间坐标x,y,z 的函数）END联系了微观粒子的波动性和粒子性直角坐标( x,y,z)与球坐标(r,)的转换 222zyxr+=cosrz =qsinsinry =qcossinrx=q()()q, , rzyx ( )()q,YrR=波函数的径向部分波函数的角度部分 p(r, q, )prq xyzo量子数2、量子数为得到合理的解需引入三个参数，它们需满足的条件：n = 1，2，3 （正整数） l = 0，1，2，n-1 m = 0，1，2，l 通过一组特定的n，l，m值就可得到相应的 波函数(r,) n，l，m ，并求出相应的能量值E 。例如， 1，0，
8、0 ，2，0，0 ，2，1，0 P63l = 0 s 态 l = 1 p 态 l = 2 d 态 l = 3 f 态 l = 4 g 态END3、波函数和原子轨道波函数是描述核外电子运动状态的数学函数式，又是 空间坐标(r,)的函数，其空间图象可理解为电子运动的 空间范围，俗称“原子轨道”。波函数通常叫做原子轨道（两者是同义语） 可用一组量子数n，l，m描述，每个确定的 表示 电子的一种运动状态。例如， 1，0，0 即 1s 称为1s 轨道2，0，0 即 2s 称为2s 轨道2，1，0 即 称为2pz 轨道在量子力学中，把三个量子数都有确定值的波函数 称为一个原子轨道。总结综上所述：是描述核外
9、电子运动状态的数学函数式；在量子力学中把每一个这种波函数称为原子轨道；它代表原子中核外电子的一种运动状态；每一种原子轨道即每一个都有与之对应的E。Schrdinger方程的物理意义：对一个质量为m，在势能为V 的势场中运 动的微粒(如电子)来说，方程的每一个特定的 解 (r,) n，l，m 表示原子中电子的一种运 动状态，与 相应的常数 E 即为该状态的能 量。理解根据量子力学理论，电子不是沿着固定轨道绕核旋转，而是在原子核周围的空间很快地运动着。因此，我们不能肯定电子在某一瞬间在空间的什么位置上。但这并不是说电子运动没有规律性，大量电子的运动或一个电子的千百万次运动具有一定的规律性。可以统计
10、的方法推算出电子在空间出现的几率大小。电子运动具有一定的几率分布规律。END几率（概率）电子在核外空间某一区域出现的机会；表示：电子在核外空间某处单位微体积内出现的几率 即几率密度；几率 = 几率密度体积电子云以小黑点疏密描述电子在核外出现的几率密度分布的空间图象。是电子在核外空间出现的几率密度大小的形象化描述s电子云：球形对称p电子云：无柄哑铃形，px py pzd电子云：花瓣形，2.1.4 几率密度和电子云表示方法几率密度分布的几种表示方法(c) 等几率面的空间图象1.径向分布函数D(r)：空间微体积问D(r)与2 的图形有何区别?2.1.5 波函数的空间图象？rr+dr则单位厚度球壳内的
11、几率在球壳内的发现电子的几率：半径为 r 的单位厚度球壳内发现电子的几率;几率密度,指在核外空间某点附近单位体积 内发现电子的几率.(2) 由图可知,1s的径向分布曲线有一个大几率峰,对H, （为什么?）其它状态:2s 2个峰 2p 1个峰 3s 2个峰 3p 2个峰 3d 2个峰几率最大峰半径相似几率最大峰半径相似规律：(n-l)个峰，n相同，主峰半径相近,可见电子分层分布.END节面峰数=nl角度分布+30602.角度分布(1)原子轨道 的角度分布其它(2)电子云的角度分布图态两者的区别？(3) 3d态：n=3, l=2, m=0,四个量子数 主量子数 n (principal quant
12、um number) 磁量子数 m (magnetic quantum number) 自旋量子数 ms(spin quantum number) 角量子数(azimuthal quantum number) n=1, 2, 3,2.1.6 四个量子数END与电子能量有关，是决定能量大小的主要因素;对于氢原子，电子能量唯一决定于n；不同的n值，对应于不同的电子层：主量子数n：取值 K L M N O轨道能量是量子化的 核外电子按能级高低分层分布不同能级的层次称为电子层n 描述电子层能级高低次序和离核远近的参数电子层是按电子出现几率较大区域离核远近划分的。角量子数角量子数l ：(副量子数) l
13、的取值 0，1，2，3n1对应着 s, p, d, f. (亚层) 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. l 表示同一层中具有不同状态的分层或称亚层n=1， l =0， 1s n=2， l =0，1， 2s，2p n=3， l =0，1，2 3s，3p，3d n=4， l =0，1，2，3 4s，4p，4d，4f 对单电子原子或离子，E只与n有关如对H原子，（ l 相同时n则E）对多电子原子，（n相同时 l则E）所以 l与多电子原子的能量有关磁量子数m：同一亚层中还包含若干个空间伸展方向不同的原子轨道m描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向m可取 0，1, 2l ； 有（2
14、l+1）个m值 列表l012m00，+1，-10，+1，-1，+2，-2原子轨 道符号spz，px，pym与E无关,同一亚层中原子轨道能量相等；能量相等的轨道等价轨道或简并轨道。 简并轨道的数目称为简并度（2l+1）线状光谱分裂的原因：在外加磁场作用下，由于伸展方向不同，角动量在外加磁场方向上的分量大小不 同，而显示微小的能量差 别。ms自旋量子数ms：描述电子的自旋运动；取值：表示： “” ， “”示顺时针 或 逆时针归纳n, l, m 一定，轨道也确定l 0 1 2 3 轨道 s p d f 例如: n =2， l =0， m =0， 2sn =3， l =1， m =0， 3pz n =3， l =2， m =0， 3dz2思考题：当n为3时, l ,m 分别可以取何值？轨道的
