结构化学chap2 原子的结构和性质.pptVIP

第二章 原子的结构和性质 引言 2.1 单电子原子的Schr?dinger方程及其解 2.2 量子数的物理意义 2.3 波函数和电子云的图形 2.4 多电子原子的结构 2.5 元素周期表与元素周期性质 2.6 原子光谱 原子研究史 19世纪初，Dalton，原子学说(化学变化时不可再分；同种元素的原子性质和质量都相同；不同元素化合时，原子以简单整数比结合) 1897年，J.J. Thomson，发现电子(阴极射线是带负电荷的粒子)，“葡萄干布丁”模型；1906年Nobel物理奖 1911年，Rutherford，?粒子散射实验，“行星”模型 1913年，Niels Bohr，原子结构模型，引入量子论，成功解释H原子光谱 玻尔的两点假设： （1）定态规则：原子有一系列定态，每一个定态有一相应的能量，电子在这些定态的能级上绕核作圆周运动，既不放出能量，也不吸收能量，而处于稳定状态；电子作圆周运动的角动量M必须为h/2?的整数倍， M＝nh/2?，n＝1，2，3，… （2）频率规则：当电子由一个定态跃迁到另一定态时，就会吸收或发射频率为?＝?E/h的光子。 量子力学教皇——玻尔Bohr(1885~1962) 1885. 10. 7生于丹麦哥本哈根 1911年，英国剑桥卡文迪许实验室 1912年，英国曼彻斯特大学 1913年，三篇论文《论原子和分子的构造》、《单原子核体系》、《多原子核体系》，伟大的“三部曲” 1916年，丹麦哥本哈根大学物理学教授 1920～1921，创建哥本哈根大学理论物理研究所。“哥本哈根精神”， “哥本哈根学派”，物理学家“朝拜的圣地”。 1922年，Nobel物理奖 1927年，提出“互补原理”(The Complementary Principle) 人脸花瓶图 量子力学未解难题 电子的双缝干涉 EPR佯谬：E(Einstein)P(Podolsky)R(Rosen)疑难 “薛定谔的猫”佯谬 将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里。镭的衰变存在几率，如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有氰化物的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活。根据量子力学理论，由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。 　 　 1927年第五届索尔维会议 原子物理学之父——卢瑟福 Rutherford(1871~1937) 生于新西兰，23岁时获得三个学位(理学学士和硕士，文学学士) 1895年，英国剑桥卡文迪许实验室研究生 1907年，曼彻斯特大学物理学教授 1908年，因对放射化学的研究获诺贝尔化学奖 1919年，剑桥大学教授，卡文迪许实验室主任 主要成就：确立元素的放射性是发自原子内部的变化；提出原子核式结构模型；发现质子；实现人工核反应；共培养了12位Nobel奖获得者 “科学史告诉我们，一位杰出的科学家不一定是一位伟人，而一位伟大的导师则必须是伟人。” ——卡皮查 货币上的物理学家 父子Nobel奖 父子Nobel奖 父子Nobel奖 ●Bohr模型成功地解释了氢原子光谱 按Bohr模型得出的氢原子能级： 2.1 单电子原子的Schr?dinger方程及其解 ●直角坐标到极坐标的变换 ●变换为极坐标后的Schr?dinger方程为： 6. 单电子原子的波函数 2.2 量子数的物理意义 1. 主量子数n：决定体系能量的高低。 解此方程得出的每一个?n正好被体系的Hamilton算符作用后都等于一个常数En乘以?n，即?n代表的状态具有能量En，这是解R方程对En的限制。 ?单电子原子的能级公式（选电子离核无穷远处的能量为零）： 角动量取向量子化 电子的自旋运动和Pauli原理 1928年，Paul Dirac，相对论化的量子力学方程 (Dirac 方程)：电子具有不依赖轨道运动的自旋运动， 具有固有的自旋角动量和相应的磁矩 Pauli原理：描述多电子体系轨道运动和自旋运动的全波函数，交换任两个电子的全部坐标(空间坐标和自旋坐标)，必然得出反对称波函数。 微观粒子具有波性，相同微粒是不可分辨的。?(q1,q2)= ? ?(q2,q1) 费米子：自旋量子数为半整数的粒子。如，电子、质子、中子等。 ?(q1,q2,…qn)＝??(q2,q1,…,qn) 若q1＝q2，即?(q1,q1,q3,…qn)＝??(q1,q1,q3,…,qn) 则 ?(q1,q1,q3,…qn)＝0，处在三维空间同一坐标位置上的两个自旋相同的电子，其存在的概率为零。 · 玻色子：自旋量子数为整数的粒子。如，光子、?介子、氘、?粒子等。