第二章原子结构演示幻灯片.ppt

第二章 原子结构;1．初步了解近代原子理论、轨道能级、波粒二象性、原子轨道（波函数）和电子云概念; 原子是物质进行化学反应的基本微粒，物质的许多宏观化学和物理性质很大程度上是由原子内部结构决定的。; 原子是由带正电荷的原子核和带负电荷并在核外运动的电子所组成。 ;近代原子结构理论的建立：;2.1 原子中的电子;连续光谱;连续光谱：混合光通过三棱镜折射到屏上，可得到按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫次序的连续分布的彩色光谱，称为连续光谱。;连续光谱波长; 原子受高温火焰、电弧等激发时发射出来的是不连续的线状光谱，也称原子光谱。 ; 氢原子光谱由五组线系组成，即紫外区的莱曼系，可见区的巴尔麦系，红外区的帕邢系、布莱克特系和芬得系。 ;λ为波长 RH为里德伯常量,1.0967758×107 m-1 n2n1，都是不大的正整数 n = 3, 4 , 5, 6 分别对应氢光谱中 ↓ ↓ ↓ ↓ H?、H?、H?、H? 、 Balmer系 ;2. 玻尔理论; （2）轨道能级概念 不同的定态轨道能量是不同的，即为不同的能级。 在正常状态下，电子在低能级轨道中运动时，称为基态； 接受外界能量而在高能级轨道中运动时，称为激发态； 离核越近的轨道，能级越低，势能值越负。 ; （3）轨道能量量子化概念 当电子从较高能态（E2）向较低能态（E1）跃迁时原子以光子的形式放出能量。 △E= E2 - E1= hν 如果电子由能量E1的轨道跃迁至能量为E2的轨道，应从外部吸收同样的能量。 该能量值是不连续的，称为轨道能量量子化。 ;当电子在第一层轨道即能量最低的轨道(n =1)时半径（ao）为5.29×10-11 m（52.9pm）。这一半径通常称为玻尔半径。;由玻尔理论，可以很好地解释氢原子光谱。 玻尔理论可以成功地解释单电子体系（氢原子和He+、Li2+、Be3+等类氢原子）的光谱现象。;波尔理论的不足之处;2.1.2 电子的波粒二象性;h 为Planck 常量;验证实验： 波动性——电子衍射实验 微粒性——阴极射线击打小飞轮实验;;2. 测不准原理; 粒子位置的测定准确度愈大（△X越小），则相应的动量准确度就会愈小（△P就越大）。反之亦然。;例如,质量为10g的宏观物体子弹，若它的位置测不准量为1×10-4m，则它的速度测不准量为； ;2.1.3 波函数 ;1. 薛定锷方程和四个量子数 ;其中波函数Ψ是由一套量子数n,l,m所决定的函数式，是薛定谔方程合理的解，又称原子轨道。 n,l,m是一些整数值，它们可取的数值及物理意义如下：;（1）主量子数n—电子层数; 一个n值表示一个电子层，与各n值对应的电子层符号如下：;（2）角量子数l—电子亚层;s 轨道 球形; 同一层中各亚层的能级稍有差别，并按s，p，d，f的顺序增高。 原子中电子的能态是由n和l两个量子数共同决定的。;（3）磁量子数m; 磁量子数的取值和亚层轨道数; n和l值相同仅m值不同的能级，这种能级相同的轨道互为等价轨道或简并轨道，如px,py,pz。 外磁场中产生光谱线分裂的现象叫塞曼效应。;;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.;;（4）自旋量子数ms(类似于地球的自转);总之，要完整描述一个电子在核外的运动状态，必须同时用四个量子数来描述，如n=3,l=2,m=0,ms=+1/2表示的是 3dz2轨道上的一个电子，表示为3dz2 1。 研究表明，同一个原子中不可能有运动状态（即n,l,m,ms）完全相同的电子存在，且每一电子层最多容纳的电子数不超过2n2个。（泡利不相容原理）;2. 波函数图象（结论！）;为求解Schodinger方程的方法，同时要符合实际情况，通常把（x,y,z）变换为（r,θ,φ）, 其变换关系式为： x=r.sinθ.cosφ y=r.sinθ.sinφ Z=rcosθ ;ψn,l,m(r,θ,φ) = Rn,l(r)·Yl,m(θ,φ) ↓ ↓ 径向波函数 角度波函数 ;（1）波函数角度分布图;例如：基态氢原子轨道（1S轨道） R1s＝2