51第五章 物质结构基础.pptVIP

目录 5.1.1 人类认识原子结构的简单历史 　　　 原子是化学上最重要、使用最频繁的术语之一，它是古希腊哲学家德谟克利特(Demokritos)在物质能否无限分割的辩论中提出的一种概念，他认为：一切物质都是由某种不可穿透的微粒构成，对不同物质而言微粒的形状和大小不同，微粒处于不断的运动状态之中，相互能以不同的方式组合。他把这种微粒称“atoms”，意为“不可再分”。德谟克利特的概念与原子的现代概念相当接近，但在当时的争论中却不占上风。另外一位古希腊哲学家亚里斯多德关于物质由土、气、火、水四要素构成的概念占统治地位长达1500年，直到十八世纪。 十九～二十世纪初建立的原子分子学说： 玻尔的原子结构理论（1913） 提出的原因：经典物理学概念面临的窘境。 玻尔原子结构理论的要点: 1、关于固定轨道的概念：电子只能在某些特定的轨道上运动，这些轨道上电子的角动量Ｍ必须是 h/2π 的整数倍。 P = mvr = n·(h/2π) ２、关于轨道能量量子化的概念：在一定轨道中运动的电子具有一定的能量，称定态。核外电子只能在定态轨道上运动, 且既不吸收也不辐射能量;不同定态轨道能量不同,且不连续。 ３、关于能量的吸收和发射：电子从一个定态跳到另一个定态时,要放出或吸收辐射能,辐射能的频率与两定态能量差△E的关系为: △E = hυ 式中h为普朗克常数(6.626×10-34 J·s) 玻尔的氢原子结构理论成功地解释了氢原子光谱的规律性，但是用于解释多电子原子的光谱时却遇到了困难，其主要原因是没有完全冲破经典物理的束缚，后来，微观粒子二象性的发现，导致了原子结构的现代理论。 1）电子的波粒二象性 1924 年，法国青年物理学家 de Broglie大胆地提出电子也具有波粒二象性的假说。并预言：对于质量为m ，运动速率为 的电子，其相应的波长 可由下式给出： 从薛定谔方程解出来的波函数，是球坐标 r,?,? 的函数式，记为 ?（ r,?,? ）。常将波函数分解为两个函数的乘积： ?（ r,?,? ） = R ( r ) ? Y ( ?, ? ) 电子在原子核外空间的运动状态，可以用波函数来描述，每一个 就表示电子的一种运动状态，通常把波函数称为原子轨道。 原子轨道与经典力学的轨道是完全不同的两个概念。之所以这样叫，只是沿用了“轨道”这个名称而已。 氢原子的某些波函数、径向波函数和角度波函数 由氢原子电子云的径向分布图，可以得出如下几点结论： （1）1s 轨道在距核52.9 pm 处有极大值，说明基态氢原子的电子在r＝52.9 pm 的薄球壳内出现的概率最大。 （2）峰的数目为 n-l ，当n 相同时，l 越小，峰就越多。 （3）当 l 相同时，n 越大，主峰（具有最大值的峰）距核越远；当n 相同时， l 不同的电子距核的距离较为接近。 答案： 1 B 2 A E 3 D 4 D 在已发现的112种元素中，除氢以外，都属于多电子原子。多电子原子除电子与核的作用势能外，还存在电子之间的作用势能，因此使得多电子原子体系的势能部分的表达非常复杂，现有的数学方法还只能精确求解氢原子和类氢离子体系（核外只有一个电子，如He+等）的薛定谔方程。 对多电子原子体系可以得到薛定谔方程的近似解，过程十分复杂，本节只介绍其求解结果。 5.2.1 多电子原子轨道的能级 基态原子核外电子排布遵守Pauli 不相容原理、能量最低原理和 Hund 规则。 （1）Pauli 不相容原理： 在一个原子中，不可能存在四个量子 数完全相同的两个电子。 由Pauli 不相容原理，可知一个原子轨 道最多只能容纳两个电子，而且这两个电 子的自旋方式必须相反。 思考：第n层最多可以排布多少个电子？ 根据泡里原理，主量子数为n 的电子层内允许排布的电子数最多为 2n2 个。 （2）能量最低原理：在不违背Pauli 不相容原理的前提下，核外电子总是优先排布在能量最低的轨道上，当能量最低的轨道排满后，电子才依次排布在能量较高的轨道上。 Pauling 近似能级顺序图　 我国化学家徐光宪提