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第 7 章 原子结构 Atomic Structure 7.1 核外电子的运动状态与原子模型7.1.1 氢原子光谱和玻尔的原子模型 本节要求了解以下知识： （1）连续光谱、线状光谱（原子光谱）， 原子光谱与原子结构的 关系； （2）玻尔原子模型 要点，该理论成功之处 和缺陷； 7.1.2 原子的量子力学模型 1 微观粒子的波粒二象性 （1）光的波粒二象性 20世纪初，人们发现光具有波粒二象性。并得到了实验验证： 波动性 — 光的干涉、衍射 微粒性 — 光电效应 （2）电子的波粒二象性 1924年，德?布罗意提出：微观粒子 （如电子、原子等）也具有波粒二象性。 这个假说随后也得到了实验验证： 2 测不准原理 1927年，海森堡提出了测不准原理。该原理的 数学表达式如下： ?PX · ?X ≧ h 3 微观粒子运动的统计性 量子力学认为，原子中个别电子运动的轨道是无法确定的，即没有确定的轨道。但原子中电子在原子核外的分布是有规律的： 核外空间某些区域电子出现的概率较大，而另一些区域电子出现的概率较小。也就是说，电子运动的规律具有统计性。 求解薛定谔方程得到的波函数 ψ 表示微观粒子运动的某个定态，与 ψ 对应的能量值即为该定态时微观粒子所对应的能级。 如对于氢原子，解得： 2 几率密度 电子云 （2.1）几率密度 电子在原子核外空间某处单位体积内出现的概率，称为几率密度 ρ，它与电子波 ψ在该处的强度的绝对值的平方成正比。 （2.2）电子云 用小黑点的疏密程度来表示电子在核外出现的概率密度分布所得的空间图象称为电子云。 3 波函数的空间图像 为处理问题方便， 将波函数ψ（x，y，z） 改用球极坐标，得： ψ（x，y，z） = ψ（r，θ，φ） 并进一步改为： ψ(x，y，z)= ψ（r，θ，φ） = R(r)·Y(θ，φ) 其中： R(r) — 与电子离核的距离有关，称为 原子轨道的径向分布函数； Y(θ，φ)— 称为原子轨道的 角度分布函数； 1）角度分布图（1）原子轨道 角度分布图 将波函数 ψ 的角度部分（Y）作图，所得的图象就称为原子轨道的角度分布图。 电子云的角度分布图与相应的原子轨道的角度分布图基本相似，但有两点不同： 2） 径向分布图 电子云的径向分布图反映电子在核外空间出现的概率与离核远近的关系。 7.1.4 四个量子数 在处理原子核外电子的运动状态时，引入了四个量子数，这是量子力学的必然结果。 这四个量子数是：主量子数 n、副量子数 l 、磁量子数 m 和自旋量子数 mS。 1 主量子数 n 主量子数 n 决定电子层能级高低和核外电子运动离核的远近。 n 的取值为：1，2，3……，（正整数） n 值越大，电子层离核的平均距离越远，能级越高。 n 值与电子层符号有如下对应关系： 2 副量子数 l l 又称角量子数，它决定核外电子的运动状态（即原子轨道的形状）和能量。 l 的取值受 n 的限制： l = 0，1，2，……，n-1。 l 也表示电子亚层，每一个l 值表示一个亚层，它与亚层符号有如下对应关系： 3 磁量子数 m m决定原子轨道的空间伸展方向。 m的取值 l 受限制，m可取： 0，± 1， ± 2，……， ± l 即：- l ≦ m ≦ + l 每一个m值表示具有某种空间方向的一个原子轨道或电子云。 一个亚层中，m有几个取值，该亚层就只能有几个不同伸展方向的能级相同的原子轨道或电子云。 4 自旋量子数 mS mS表示电子的自旋状态。 取 值： + ? - ? 符 号： ↑ ↓ 表 示：顺时针自旋 逆时针自旋 自旋反平行 ——“↑↓”或“↓↑” 自旋平行 ——“↑↑”或“↓↓” 7.2 核外电子排布和