第1章原子结构与元素周期表.pptVIP

1.2.2 微粒的波动性 1.4.4 波函数的图形描述 Portrayal of wave functions Heisenberg W [德]1901- 1976) P Schr?dinger E [奥地利] 1887-1961 P 1.4.3 描述电子运动状态的四个量子数 Four quantum numbers defining the movement state of electron 1.4.1 不确定原理和波动力学的轨道概念 ● 重要暗示——不可能存在 Rutherford 和 Bohr 模型中 行星绕太阳那样的电子轨道。 ● 具有波粒二象性的电子，不再遵守经典力学规律， 它们的运动没有确定的轨道，只有一定的空间概率分 布。 ● 海森堡的不确定原理 (Heisenberg’s uncertainty principle ) 不可能同时测得电子的精确位置和精确动量 ！ 1.4.2 薛定谔方程和波函数 Schr?dinger 方程与量子数 ★ 求解薛定谔方程, 就是求得波函数Ψ 和总能量 E ; ★ 解得的Ψ 不是具体的数值, 而是包括三个常数 (n, l, m)和三个变量(r,θ,φ)的函数式 Ψn, l, m (r,θ,φ) = R(r) n ·Θ(θ) l · Φ(φ) m ; ★ 不象波尔式中量子数 n 是人为的假设，常数 n, l, m 是解薛定谔方程的自然结果 ★ 有合理解的函数式叫做波函数(Wave functions)。 ★ 每一个波函数代表着电子的一种运动状态，即原子轨道。 薛定谔方程的合理解 = 波函数 = 原子轨道 （1）主量子数 n (principal quantum number) 1.4.3 描述电子运动状态的四个量子数 ◆ 与电子能量有关，对于氢原子，电子能量唯一决 定于 n ◆ 确定电子出现概率最大处离核的距离 ◆ 不同的 n 值，对应于不同的电子壳层 　 １　２　３　４　５…….. 　 K L M N O…….. ◆ 与角动量有关，对于多电子原子, 除了n 外，E 也与 l 有关 ◆ l 的取值 0，1，2，3……n - 1 (亚层） s, p, d, f…... ◆ l 决定了Ψ 的角度函数的形状,取值也是量子化的 （2） 角量子数 l (angular momentum quantum umber)(副量子数） n l 1 2 3 4 （亚层 0 0 0 0 s 1 1 1 p 2 2 d 3 f ) ◆ 与角动量的取向有关，取向是量子化的 ◆ m 可取 0，±1, ±2……±l ◆ 取值决定了Ψ 角度函数的空间取向 ◆ l 一定情况下，m 取值不同的轨道具有相同的能级，互为等价(简并）轨道（equivalent orbital ) （3） 磁量子数 m ( magnetic quantum number) L m 轨道数 0 (s) 1 (p) 2 (d) 3 (f) 0 ＋1 0 －1 ＋2 ＋1 0 －1 －2 ＋3 ＋2 ＋1 0 －1 －2 －3 1 3 5 7 s 轨道(l = 0, m = 0 ) : m 一种取值, 空间一种取向, 一条 s 轨道 p 轨道 ( l = 1, m = +1, 0, -1 ) m 三种取值, 三种取向, 三条等价(简并) p 轨道 d 轨道 ( l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2 ) : m 五种取值, 空间五种取向, 五条等价(简并) d 轨道 f 轨道 ( l = 3, m = +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 ) : m 七种取值, 空间七种取向, 七条等价(简并) f 轨道 （4） 自旋量子数 ms (spin quantum number) ◆ 描述电子绕自轴旋转的状态 ◆ 自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为 ◆ ms 取值 +1/2 和 -1/2，分别用↑和↓表示 ◆ 成对电子产生的反向磁场相互抵消，不显磁性 磁场 屏幕 窄缝 银原子流 炉 光谱实验表明，强磁场中谱线发生分裂 n, l, m 一定, 轨道也确定 轨道 l = 0