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第六章 原子结构与周期系 内容 1．量子力学的提出； 2．原子中电子运动状态的描述；3．氢原子波函数和电子云图；4．量子数n、l、m 5．多电子原子结构和元素周期表。 知识点与考核点 微观粒子的波粒二象性 微观粒子（电子、原子、分子等静止质量不为零的实物粒子）集波动性（概 率波）与粒子性为一体的特性。 概率波 微观粒子在空间某处出现的可能性，具有统计意义，不是物理学中的经典波， 而是波强与微粒出现概率成正比的概率波。 粒子运动状态的描述 宏观物体的运动状态可以同时用准确的坐标和动量来描述；但是对微观粒子 （例如电子）却不能同时准确地确定坐标和动量。量子力学对微观粒子的运动状态是用描述概率波的波函数来描述的。 波函数 描述概率波的波函数ψ。一个ψ是描述微观粒子一种状态的某种数 学函数式。通过解薛定谔方程可以得到波函数的具体形式。氢原子定态的薛定谔方程为 m是电子的质量，x、y、z是电子的坐标，V是势能，E是总能量， h是普朗克常数，是波函数。 主量子数（n） 它决定轨道的能量，可反映电子在原子核外空间出现区域离原子核平均距 离的量子数。 n 0， 1， 2， 3， 4， 5 6… 光谱学符号为K， L， M， N， O， P， Q…。 n相同则处于同一电子层。 角量子数（l） 决定电子运动角动量的量子数，也决定电子在空间角度分布的情况，与电 子云的形状密切相关，多电子体系中l和能量有关。l可取值为：0，1，2，3，…（n–1）。当n一定时，共有n个l数值。例如当n 3时，l可取0，1，2（三个数值）。n、l相同时的电子归为同一亚层。例如5个3d轨道（n 3，l 2）属于同一d亚层。 与l取值对应的符号及轨道形状如下： 角量子数（l） 0， 1， 2， 3，…（n–1） 光谱学符号 s， p， d， f … 轨道形状 球型， 哑铃型， 花瓣型 磁量子数（m） 表示角动量在磁场方向的分量。l相同而m不同时，电子云在空间的取向 不同。L一定时，m可取的值为：0，±1，±2，±3，…±l，共（2l+1）个数值，例如，当l 2时，m可取0，±1，±2五个数值。这也表示d轨道有五个不同的伸展方向。 自旋量子数（mS） 描述原子轨道中电子的自旋状态的量子数，取值只有两个：和。 概率密度（|ψ|2） 电子在核外空间某处单位微体积内出现的概率。 10．电子云 电子云是概率密度的形象化描述。用黑点 图6–1 1s，2s轨道的电子云截面图 的疏密表示空间各点的概率密度的大小，黑点密集处，|ψ|2大；反之|ψ|2小，图6–1为1s，2s轨道的电子云图。 11．波函数角度分布图 波函数（原子轨道）的角度部分的图形。该图的 作法原则是在球面坐标中，以原子核为坐标原点，在每一个由 确定的方向上引一直线，使其长度等于Y的绝对值。所有不同方向的直线Y的端点在空间构成一曲面，即为波函数的角度分布图 图6–2所示的是的截面图 。 Yl , m 只与l、m有关，与n无关。 图6–2 角度分布图 m决定其在空间的伸展方向。其中有些图形在直角坐标的某方向上有极大值 （ 见下图的）。由于波函数角度分布函数式是与某种三角函数式相关，而三角函数式在直角坐标系的不同象限有正、负之分，所以做出的图形也有正、负之分,此正负号只表示数值的正负 。 图6–3 s、p轨道波函数角度分布图 由于ψ 没有明确的物理 意义，所以ψ 的角度分布函数图也没有明确的物理意义，它表示随角度的变化情况。s、p轨道波函数角度分布图如图6–3所示。 12．电子云角度分布图 电子云|ψ|2的角度部分Y 2 的图形。 （1）与波函数角度分布图的区别： ①Y 2 图较Y “瘦一些”， ②图形中没有正负号 （ 因Y 2 ）均为正值。 （2）电子云角度分布图的意义：表示电子 图6–4 s、p轨道电子云角度分布图 在空间不同方向上概率密度的大小和变化情况。图6–4给出了s轨道和p轨道电子云的角度分布图。 13．屏蔽效应 在多电子原子中，将其它电子对指定电子的作用归结为抵消一部分核电荷 的吸引作用的效应。 14．钻穿效应 外层电子“钻入”内层，出现在离核较近的地方的现象。 15．核外电子分布规律 （1）保利不相容原理：一个原子中不能同 时有两个或两个以上四个量子数完全相同 的电子。 （2）能量最低原理：多电子原子中，电子尽先占据能量最低的轨道。见图6–5。 （3）洪特规则。 ① n、l相同时，电子尽先分占不同的轨道，而且自旋平行。 例如：第7号元素氮的核外电子排布式为 1s22s22p3 （2px12py12pz1） ② 电子排布处于全充满、半充满或全空状态时，原子体系具有较低的能量。 图6–5 原子中电子排布顺序图 多电子原子中的电子排布顺序如图6