大學(xué)教材無(wú)機(jī)及分析化學(xué)PPT之04原子結(jié)構(gòu)

1、 原原 子子 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)原子核（質(zhì)子中子）原子核（質(zhì)子中子）質(zhì)子：質(zhì)子：?jiǎn)挝徽?，決定元素種類單位正電，決定元素種類 （原子序數(shù)）（原子序數(shù)）中子：不帶電，影響原子相對(duì)質(zhì)量中子：不帶電，影響原子相對(duì)質(zhì)量 （原子量（原子量= 質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)+ 中子數(shù)）中子數(shù)）核外電子核外電子核外電子繞核運(yùn)動(dòng)，是如何運(yùn)動(dòng)的？核外電子繞核運(yùn)動(dòng)，是如何運(yùn)動(dòng)的？核外電子是如何排列的？核外電子是如何排列的？目前，對(duì)原子結(jié)構(gòu)已很清楚：目前，對(duì)原子結(jié)構(gòu)已很清楚：第第1節(jié)節(jié) 原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展簡(jiǎn)史原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展簡(jiǎn)史1、古希臘的原子論、古希臘的原子論 2、道爾頓的原子論、道爾頓的原子論 3、湯姆遜的、湯姆遜的“葡萄干布丁葡萄干布丁

2、”原子模型原子模型4、盧瑟福的有核原子模型（行星原子模型）、盧瑟福的有核原子模型（行星原子模型） 5、玻爾原子模型、玻爾原子模型6、電子云模型、電子云模型 公元前四百年，哲學(xué)家對(duì)萬(wàn)物之源作了種種推測(cè)。公元前四百年，哲學(xué)家對(duì)萬(wàn)物之源作了種種推測(cè)。 得莫克利特（希臘最卓越的唯物論者）：萬(wàn)物由得莫克利特（希臘最卓越的唯物論者）：萬(wàn)物由原原子產(chǎn)生子產(chǎn)生的思想。的思想。1、古希臘的原子論、古希臘的原子論 2、道爾頓的原子論、道爾頓的原子論 19 世紀(jì)初，英國(guó)化學(xué)家世紀(jì)初，英國(guó)化學(xué)家 dolton 創(chuàng)立原子學(xué)說，基創(chuàng)立原子學(xué)說，基本觀點(diǎn)如下：本觀點(diǎn)如下： (2) 同種類的原子具有相同的性質(zhì)，不同種類的原子

3、同種類的原子具有相同的性質(zhì)，不同種類的原子具有不同的性質(zhì)。具有不同的性質(zhì)。 (1) 一切物質(zhì)由不可見的，一切物質(zhì)由不可見的，不可再分不可再分的原子組成，原的原子組成，原子不能自生自滅子不能自生自滅。(3) 每一種物質(zhì)由特定的原子組成。每一種物質(zhì)由特定的原子組成。 道爾頓原子論雖不完善，但它成為道爾頓原子論雖不完善，但它成為 19 世紀(jì)初世紀(jì)初化學(xué)理論化學(xué)理論的基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，推動(dòng)了化學(xué)的迅速發(fā)展。，推動(dòng)了化學(xué)的迅速發(fā)展。 3、湯姆遜的、湯姆遜的“葡萄干布丁葡萄干布丁”原子模型原子模型 1897年，湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子：年，湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子： 打破了原子不可再分打破了原子不可再分的觀點(diǎn)，人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的

4、的觀點(diǎn)，人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。認(rèn)識(shí)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。 那么，那么，呈電中性的原子中包含帶負(fù)電的電子呈電中性的原子中包含帶負(fù)電的電子說明什么？說明什么？ 原子中必定還包含原子中必定還包含帶正電的部分帶正電的部分，那么這些正電，那么這些正電荷的載體是什么荷的載體是什么? 它們?cè)谠又杏秩绾畏植妓鼈冊(cè)谠又杏秩绾畏植? 1903 年年, 湯姆遜提出了著名的原子結(jié)構(gòu)模型湯姆遜提出了著名的原子結(jié)構(gòu)模型“葡萄干葡萄干布丁布丁”模型。模型。 【湯姆遜認(rèn)為【湯姆遜認(rèn)為】原子里面帶正電的部分均勻地分原子里面帶正電的部分均勻地分布在整個(gè)原子球體（直徑約為布在整個(gè)原子球體（直徑約為10-10米）

5、中米）中, 而帶負(fù)電而帶負(fù)電的電子在這個(gè)球體中游動(dòng)。的電子在這個(gè)球體中游動(dòng)。電子浸于電子浸于“均勻分布的正電性球體均勻分布的正電性球體”的原子模型的原子模型。 不超過某一數(shù)目的電子組成一個(gè)不超過某一數(shù)目的電子組成一個(gè)“殼層殼層”；超過；超過某一數(shù)值時(shí)則超出部分組成新的殼層。某一數(shù)值時(shí)則超出部分組成新的殼層。而且，湯姆遜計(jì)算指出而且，湯姆遜計(jì)算指出:電子殼層的排列與元素在元素周期表中的位置相對(duì)應(yīng)。電子殼層的排列與元素在元素周期表中的位置相對(duì)應(yīng)。 湯姆遜原子模型的貢獻(xiàn)：湯姆遜原子模型的貢獻(xiàn)： 可以解釋光的色散、吸收現(xiàn)象；可以解釋光的色散、吸收現(xiàn)象；元素的物理、化學(xué)性質(zhì)的周期性變化；元素的物理、化學(xué)

6、性質(zhì)的周期性變化；首次提出了首次提出了電子殼層電子殼層的概念。的概念。 但是，但是，湯姆遜的一位研究生湯姆遜的一位研究生盧瑟夫盧瑟夫在幾年之后在幾年之后卻用實(shí)驗(yàn)否定了湯姆遜的模型。卻用實(shí)驗(yàn)否定了湯姆遜的模型。4、盧瑟福的有核原子模型（行星原子模型）、盧瑟福的有核原子模型（行星原子模型） 1911年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福通過年，英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福通過“粒子散射實(shí)粒子散射實(shí)驗(yàn)驗(yàn)”提出此模型。提出此模型。 【 粒子散射粒子散射】以以 粒子（粒子（he核）去轟擊原子。核）去轟擊原子。 絕大多數(shù)絕大多數(shù) 粒子通過金箔時(shí)并沒有偏轉(zhuǎn)，粒子通過金箔時(shí)并沒有偏轉(zhuǎn)， 極少數(shù)極少數(shù) 粒子發(fā)生激烈偏轉(zhuǎn)；粒子發(fā)生激烈偏轉(zhuǎn)

7、； 有更極少的有更極少的 粒子粒子被反彈回來，被反彈回來，【 粒子散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)粒子散射實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明什么呢？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明什么呢？ 粒子在行進(jìn)中遇到了原子中體積非常小，質(zhì)量與正電荷都粒子在行進(jìn)中遇到了原子中體積非常小，質(zhì)量與正電荷都很集中的部分，在相互排斥情況下，引起了很集中的部分，在相互排斥情況下，引起了粒子的散射。粒子的散射。 由此推斷，由此推斷，原子幾乎是空的原子幾乎是空的，每個(gè)原子一定含有一，每個(gè)原子一定含有一個(gè)非常小、堅(jiān)實(shí)的帶正電荷的個(gè)非常小、堅(jiān)實(shí)的帶正電荷的核心核心，盧瑟福把它稱為，盧瑟福把它稱為原子核，從而提出原子核，從而提出原子含核模型原子含核模型，有力地否定了湯姆，有力

8、地否定了湯姆遜的原子模型。遜的原子模型。【 粒子散射實(shí)驗(yàn)說明粒子散射實(shí)驗(yàn)說明】【盧瑟福有核原子模型的內(nèi)容【盧瑟福有核原子模型的內(nèi)容】(1) 原子由帶正電荷的原子核及帶負(fù)電荷的電子組成。原子由帶正電荷的原子核及帶負(fù)電荷的電子組成。 (2) 原子核的體積非常小，約為原子直徑的萬(wàn)分之一，但原子核的體積非常小，約為原子直徑的萬(wàn)分之一，但集中了全部正電荷、幾乎全部的原子質(zhì)量。集中了全部正電荷、幾乎全部的原子質(zhì)量。 (3) 電子在核的外圍空間運(yùn)動(dòng)，象行星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)一樣，電子在核的外圍空間運(yùn)動(dòng)，象行星繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)一樣，行行星式原子模型。星式原子模型。 (4) 原子核上的原子核上的正電荷數(shù)目正電荷數(shù)目該元素在周

9、期表上的該元素在周期表上的原子序數(shù)原子序數(shù)核外電子數(shù)核外電子數(shù)，整個(gè)原子呈電中性。，整個(gè)原子呈電中性。 成功解釋了成功解釋了 粒子散射實(shí)驗(yàn)粒子散射實(shí)驗(yàn), 為人類認(rèn)識(shí)原子為人類認(rèn)識(shí)原子結(jié)構(gòu)增添了光輝的一頁(yè)。結(jié)構(gòu)增添了光輝的一頁(yè)。正確回答了原子的組成問題；正確回答了原子的組成問題；【盧瑟福有核原子模型的優(yōu)越性【盧瑟福有核原子模型的優(yōu)越性】 【但是【但是】人們很快意識(shí)到盧瑟夫的人們很快意識(shí)到盧瑟夫的有核模型同經(jīng)典力有核模型同經(jīng)典力學(xué)有很大的矛盾學(xué)有很大的矛盾: (1) 按照經(jīng)典力學(xué)，核外電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)輻射電磁波，按照經(jīng)典力學(xué)，核外電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)輻射電磁波，因此電子會(huì)喪失能量逐漸落向原子核，因此因

10、此電子會(huì)喪失能量逐漸落向原子核，因此原子不穩(wěn)定原子不穩(wěn)定。 (2) 按經(jīng)典力學(xué)，電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)輻射連續(xù)的電磁波，按經(jīng)典力學(xué)，電子繞核運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)輻射連續(xù)的電磁波，因此因此 原子光譜是連續(xù)的。原子光譜是連續(xù)的。這些矛盾導(dǎo)致了玻爾原子模型的提出。這些矛盾導(dǎo)致了玻爾原子模型的提出。實(shí)際上原子很穩(wěn)定實(shí)際上原子很穩(wěn)定 實(shí)際上原子光譜是線狀的（不連續(xù)）實(shí)際上原子光譜是線狀的（不連續(xù)）5、玻爾原子模型：已踏在量子力學(xué)的門坎、玻爾原子模型：已踏在量子力學(xué)的門坎 1913 年年, 玻爾對(duì)核外電子大膽地提出了具有歷史意義的玻爾對(duì)核外電子大膽地提出了具有歷史意義的三點(diǎn)假設(shè)三點(diǎn)假設(shè):(1)電子繞核圓周運(yùn)動(dòng)，但不輻射電磁

11、波。電子繞核圓周運(yùn)動(dòng)，但不輻射電磁波。(2) 電子只在一些特定的軌道上運(yùn)動(dòng)。電子只在一些特定的軌道上運(yùn)動(dòng)。 (3) 只有當(dāng)電子從一個(gè)穩(wěn)定軌道躍遷到另只有當(dāng)電子從一個(gè)穩(wěn)定軌道躍遷到另一個(gè)穩(wěn)定軌道上時(shí)，才釋放或吸收光子一個(gè)穩(wěn)定軌道上時(shí)，才釋放或吸收光子。獲獲1922 年年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)對(duì)原子結(jié)構(gòu)、原子輻射的研究對(duì)原子結(jié)構(gòu)、原子輻射的研究 但是，但是，玻爾理論畢竟只是玻爾理論畢竟只是經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)與與量子物理量子物理的混的混合物，其理論本身存在合物，其理論本身存在固有的內(nèi)在矛盾固有的內(nèi)在矛盾，這種矛盾在，這種矛盾在日新月異的實(shí)驗(yàn)物理和理論物理中暴露無(wú)遺，日新月異的實(shí)驗(yàn)物理和理論物理中

12、暴露無(wú)遺， 終于在終于在十幾年之后讓位于新的量子論十幾年之后讓位于新的量子論量子力學(xué)量子力學(xué)。 1914年，年， 佛蘭克和赫茲用實(shí)驗(yàn)測(cè)定了電子從原佛蘭克和赫茲用實(shí)驗(yàn)測(cè)定了電子從原子中電離出來所需的能量，從而直截了當(dāng)?shù)刈C實(shí)了子中電離出來所需的能量，從而直截了當(dāng)?shù)刈C實(shí)了玻爾的基本設(shè)想。玻爾的基本設(shè)想。6、電子云模型：、電子云模型：量子力學(xué)來描述核外電子運(yùn)動(dòng)量子力學(xué)來描述核外電子運(yùn)動(dòng) 法國(guó)物理學(xué)家法國(guó)物理學(xué)家德布羅意德布羅意把愛因斯坦的把愛因斯坦的波粒二象性波粒二象性推推廣到實(shí)物粒子，提出廣到實(shí)物粒子，提出實(shí)物粒子的波粒二象性實(shí)物粒子的波粒二象性，認(rèn)為電，認(rèn)為電子也具有波粒二象性。子也具有波粒二象性

13、。 對(duì)具有對(duì)具有波動(dòng)性和粒子性波動(dòng)性和粒子性的電子，顯然不能用經(jīng)典力的電子，顯然不能用經(jīng)典力學(xué)來描述，而必須用學(xué)來描述，而必須用量子力學(xué)量子力學(xué)來描述。來描述。 1926 年，薛定格用年，薛定格用波函數(shù)來描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)波函數(shù)來描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài), 建建立了波函數(shù)所遵從的微分方程。立了波函數(shù)所遵從的微分方程。 根據(jù)波函數(shù)理論，量子力學(xué)根據(jù)波函數(shù)理論，量子力學(xué)不能斷言不能斷言電子一定會(huì)在電子一定會(huì)在核外的某一軌道上出現(xiàn)，而只能給出電子在核外的某一軌道上出現(xiàn)，而只能給出電子在某處出現(xiàn)某處出現(xiàn)的幾率的幾率。 因此，我們必須放棄玻爾因此，我們必須放棄玻爾的簡(jiǎn)單原子模型，以的簡(jiǎn)單原子模型，以“

14、電子電子云云”的模型代替它。的模型代替它。flash s4-1 電子的發(fā)現(xiàn)；電子的發(fā)現(xiàn)；flash s4-2 湯姆遜實(shí)驗(yàn)（測(cè)定湯姆遜實(shí)驗(yàn)（測(cè)定q/m)；flash s4-3 密立根油滴實(shí)驗(yàn)（電子質(zhì)量）；密立根油滴實(shí)驗(yàn)（電子質(zhì)量）；flash s4-4 湯姆遜原子模型；湯姆遜原子模型；flash s4-5 盧瑟福有核模型盧瑟福有核模型第第2節(jié)節(jié) 微觀粒子的波粒二象性微觀粒子的波粒二象性一、氫光譜一、氫光譜氫光譜是不連續(xù)的，即線狀光譜；氫光譜是不連續(xù)的，即線狀光譜； 在可見光區(qū)，四條明顯的譜線，在可見光區(qū)，四條明顯的譜線，h ，h ，h ，h ，其波，其波長(zhǎng)分別為長(zhǎng)分別為656.3 nm，486.

15、1 nm，434.0 nm，410.2 nm。1885年，年，巴爾麥巴爾麥研究發(fā)現(xiàn)，譜線的波長(zhǎng)服從如下公式：研究發(fā)現(xiàn)，譜線的波長(zhǎng)服從如下公式：22111()2rn r ：里得堡常數(shù)，：里得堡常數(shù)，1.097373 107 m-1； n為大于為大于2的正整數(shù)。的正整數(shù)。22111()2rn當(dāng)當(dāng)n=3 = 656.2 10-9 m = 656.3 nmh 當(dāng)當(dāng)n=4 = 686.1 10-9 m = 486.1 nmh 當(dāng)當(dāng)n=5 = 434.0 10-9 m = 434.0 nmh 當(dāng)當(dāng)n=6 = 410.2 10-9 m = 410.2 nmh 后來，在紫外、紅外區(qū)也發(fā)現(xiàn)了氫光譜的若干譜線，后

16、來，在紫外、紅外區(qū)也發(fā)現(xiàn)了氫光譜的若干譜線，1913年年里得堡里得堡提出了適用所有氫光譜的通式：提出了適用所有氫光譜的通式：2212111()rnn r ：里得堡常數(shù)，：里得堡常數(shù)，1.097373 107 m-1； n1和和n2為正整數(shù)，且為正整數(shù)，且n2 n1。【由此可見，【由此可見，h光譜具有如下特征光譜具有如下特征】（1） 不連續(xù)光譜，即線狀光譜。不連續(xù)光譜，即線狀光譜。（2） 其波長(zhǎng)（或頻率）具有一定的規(guī)律。其波長(zhǎng)（或頻率）具有一定的規(guī)律。2212111()rnn氫光譜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，用經(jīng)典力學(xué)能否解釋呢？氫光譜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，用經(jīng)典力學(xué)能否解釋呢？ 按照麥克斯威的電磁理論，電子繞核作圓周運(yùn)

17、動(dòng)，按照麥克斯威的電磁理論，電子繞核作圓周運(yùn)動(dòng)，具有加速度，因此電子要具有加速度，因此電子要發(fā)射電磁波，發(fā)射電磁波，因此能量不斷因此能量不斷降低，會(huì)逐漸向原子核靠攏，最后墜入原子核，即降低，會(huì)逐漸向原子核靠攏，最后墜入原子核，即原原子不穩(wěn)定子不穩(wěn)定。而且，電子能量逐漸降低，發(fā)射的而且，電子能量逐漸降低，發(fā)射的光譜應(yīng)該是連續(xù)的。光譜應(yīng)該是連續(xù)的。 顯然，氫光譜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，用經(jīng)典力學(xué)無(wú)法解釋，顯然，氫光譜的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，用經(jīng)典力學(xué)無(wú)法解釋，那又該如何解釋呢？那又該如何解釋呢？二、玻爾理論二、玻爾理論 為了解釋氫光譜，玻爾在為了解釋氫光譜，玻爾在普朗克的量子論普朗克的量子論和和愛愛因斯坦的光子學(xué)說因斯坦

18、的光子學(xué)說基礎(chǔ)之上，基礎(chǔ)之上，于于1913年初，提出年初，提出了著名的玻爾原子理論（三點(diǎn)假設(shè)）。了著名的玻爾原子理論（三點(diǎn)假設(shè)）。1、定態(tài)假設(shè)、定態(tài)假設(shè) 原子中，電子不能任意運(yùn)動(dòng)，只能在有原子中，電子不能任意運(yùn)動(dòng)，只能在有確定半確定半徑和能量的特定軌道徑和能量的特定軌道上運(yùn)動(dòng)。上運(yùn)動(dòng)。 電子在這樣的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，不輻射電磁波，電子在這樣的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，不輻射電磁波，處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。2、躍遷假設(shè)、躍遷假設(shè) 電子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，會(huì)放出或吸電子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，會(huì)放出或吸收輻射能，輻射能的頻率滿足如下關(guān)系：收輻射能，輻射能的頻率滿足如下關(guān)系：21eeehe：軌道

19、能量：軌道能量h：planck常數(shù)常數(shù)（6.6262 10-34 j s）3、角動(dòng)量量子化假設(shè)、角動(dòng)量量子化假設(shè) 電子只能在特定的軌道上運(yùn)動(dòng)，這些軌道上電電子只能在特定的軌道上運(yùn)動(dòng)，這些軌道上電子的角動(dòng)量子的角動(dòng)量m必須是必須是h/2 的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。2hmm rnvr：軌道半徑。：軌道半徑。2nhm rnv由于庫(kù)侖力給電子提供向心力由于庫(kù)侖力給電子提供向心力 222rmvker222224 kenhrnn bm2nhrnmv2mrkev 軌道半徑是量子化的軌道半徑是量子化的 h=6.62610-34 j s， 3.14159，k=9109 nm2/c2，e=1.610-19c，m=9.1

20、10-31 kg 代入代入 b = 0.529 10-10 m = 52.9 pm玻爾半徑，電子離核距離的基本單位玻爾半徑，電子離核距離的基本單位222224 kenhrnn bm2224 kehbmrn = n2* 52.9 pm此外，玻爾還指出此外，玻爾還指出en = - a / n2a= 2.179 10-18 j13.6 ev n為量子數(shù)，為量子數(shù)，n=1，能量最低，稱為基態(tài)。能量最低，稱為基態(tài)。其它稱為激發(fā)態(tài)。其它稱為激發(fā)態(tài)。能能成功解釋氫光譜成功解釋氫光譜; 不能解釋多電子原子的光譜，甚至不能解釋不能解釋多電子原子的光譜，甚至不能解釋氫光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)（氫光譜的每條譜線實(shí)際上是氫光譜

21、的精細(xì)結(jié)構(gòu)（氫光譜的每條譜線實(shí)際上是由若干條靠近的譜線組成）。由若干條靠近的譜線組成）。 bohr雖然引進(jìn)了經(jīng)典力學(xué)中沒有的量子化概念，雖然引進(jìn)了經(jīng)典力學(xué)中沒有的量子化概念，但它的但它的基礎(chǔ)仍然是經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)仍然是經(jīng)典力學(xué)。4、玻爾、玻爾理論的優(yōu)點(diǎn)及不足理論的優(yōu)點(diǎn)及不足三、微觀粒子的波粒二象性三、微觀粒子的波粒二象性 愛因斯坦研究光子時(shí)認(rèn)為光具有愛因斯坦研究光子時(shí)認(rèn)為光具有波動(dòng)性波動(dòng)性和和粒粒子性子性（愛因斯坦光子學(xué)說）。（愛因斯坦光子學(xué)說）。波動(dòng)性表現(xiàn)為：波動(dòng)性表現(xiàn)為：光的衍射、干涉等光的衍射、干涉等粒子性表現(xiàn)為：粒子性表現(xiàn)為：光電效應(yīng)光電效應(yīng) 對(duì)于光的本質(zhì)研究，長(zhǎng)期以來人們只注重其波動(dòng)性對(duì)

22、于光的本質(zhì)研究，長(zhǎng)期以來人們只注重其波動(dòng)性而忽略其粒子性。而忽略其粒子性。 于是，于是，在光的波粒二象性啟發(fā)下，他大膽預(yù)言在光的波粒二象性啟發(fā)下，他大膽預(yù)言電電子等微觀粒子子等微觀粒子也具有波粒二象性。也具有波粒二象性。 1924 年，年，德布羅意德布羅意指出指出: 與其相反，對(duì)于實(shí)物粒子的研究，人們過分重視其與其相反，對(duì)于實(shí)物粒子的研究，人們過分重視其粒子性，而忽略了其波動(dòng)性。粒子性，而忽略了其波動(dòng)性。 而且，而且，德布羅意將德布羅意將 einstein 的質(zhì)能方程（的質(zhì)能方程（ e = m c 2） 和光子的能量公式（和光子的能量公式（e = h ）聯(lián)立：）聯(lián)立：2cmchh1mchhpp

23、 ：粒子性物理量：粒子性物理量 ：波動(dòng)性物理量波動(dòng)性物理量此公式將二者聯(lián)系起來！此公式將二者聯(lián)系起來！p：動(dòng)量動(dòng)量 同樣，同樣，德布羅意德布羅意認(rèn)為具有認(rèn)為具有動(dòng)量動(dòng)量 p 的微觀粒子，其物的微觀粒子，其物質(zhì)波的波長(zhǎng)質(zhì)波的波長(zhǎng) 為為 ：hhpmv1927年，得到電子衍射實(shí)驗(yàn)的證實(shí)年，得到電子衍射實(shí)驗(yàn)的證實(shí) 電子槍發(fā)射的高速電子流通過薄晶體片，經(jīng)晶格的電子槍發(fā)射的高速電子流通過薄晶體片，經(jīng)晶格的狹縫射到感光熒屏，得到狹縫射到感光熒屏，得到明暗相間明暗相間的環(huán)紋，類似于光的環(huán)紋，類似于光波的衍射環(huán)紋。波的衍射環(huán)紋。說明：電子具有波動(dòng)性說明：電子具有波動(dòng)性【例【例】利用德布羅意關(guān)系式計(jì)算利用德布羅意

24、關(guān)系式計(jì)算 （1）質(zhì)量為）質(zhì)量為9.1 10-31 kg，速度為，速度為6.0 106 m/s的電子，其波長(zhǎng)為多少？的電子，其波長(zhǎng)為多少？ （2）質(zhì)量為）質(zhì)量為1.0 10-2 kg，速度為，速度為1.0 103 m/s的子彈，其波長(zhǎng)為多少？的子彈，其波長(zhǎng)為多少？ 3493166.626 100.121 101219.1 106.0 10hhmpmpm343523236.626 106.626 106.626 101.0 101.0 10hhmpmpm【說明什么？【說明什么？】 粒子越小，波長(zhǎng)越大，波粒二象性越明顯。粒子越小，波長(zhǎng)越大，波粒二象性越明顯。反之，宏觀物反之，宏觀物體質(zhì)量大，波長(zhǎng)很

25、小，波動(dòng)性不明顯，通常情況下可忽略，體質(zhì)量大，波長(zhǎng)很小，波動(dòng)性不明顯，通常情況下可忽略，可用經(jīng)典力學(xué)討論其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。可用經(jīng)典力學(xué)討論其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。而微觀粒子必需用量子力學(xué)而微觀粒子必需用量子力學(xué)來處理。來處理。 四、海四、海森保的測(cè)不準(zhǔn)原理森保的測(cè)不準(zhǔn)原理 對(duì)宏觀物體（如飛機(jī)），根據(jù)經(jīng)典力學(xué)可以準(zhǔn)對(duì)宏觀物體（如飛機(jī)），根據(jù)經(jīng)典力學(xué)可以準(zhǔn)確地指出它在某一瞬間的確地指出它在某一瞬間的速度速度和和位置位置。 那么，具有波粒二象性的電子，能否也像經(jīng)典力學(xué)那么，具有波粒二象性的電子，能否也像經(jīng)典力學(xué)描述宏觀物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一樣，同時(shí)用描述宏觀物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一樣，同時(shí)用位置、速度位置、速度來準(zhǔn)來準(zhǔn)確描述其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

26、呢？確描述其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)呢？1927年，德國(guó)物理學(xué)家海森保指出：年，德國(guó)物理學(xué)家海森保指出： 具有波粒二象性的微觀粒子，具有波粒二象性的微觀粒子，不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定其不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定其速度和位置。速度和位置。*xph h：普朗克常數(shù)（：普朗克常數(shù)（6.626 10-3 4 js），）， x 表示表示位置的測(cè)不準(zhǔn)量；位置的測(cè)不準(zhǔn)量； p 表示表示動(dòng)量的測(cè)不準(zhǔn)量。動(dòng)量的測(cè)不準(zhǔn)量。 【表明【表明】若運(yùn)動(dòng)微粒的位置測(cè)得越準(zhǔn)確，其速度若運(yùn)動(dòng)微粒的位置測(cè)得越準(zhǔn)確，其速度就測(cè)得越不準(zhǔn)確，反之亦然。就測(cè)得越不準(zhǔn)確，反之亦然。*xph測(cè)不準(zhǔn)原理到底說明什么呢？測(cè)不準(zhǔn)原理到底說明什么呢？ 核外電子不可能沿著一條玻爾

27、理論所指的固定核外電子不可能沿著一條玻爾理論所指的固定軌道運(yùn)動(dòng)。軌道運(yùn)動(dòng)。 因此，核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只能用統(tǒng)計(jì)方法指因此，核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只能用統(tǒng)計(jì)方法指出它在核外某處出現(xiàn)的出它在核外某處出現(xiàn)的可能性可能性，即，即概率概率大小。大小。 測(cè)不準(zhǔn)原理是不是意味著微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律測(cè)不準(zhǔn)原理是不是意味著微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律“不可知不可知”？【請(qǐng)判斷【請(qǐng)判斷】 此觀點(diǎn)極為錯(cuò)誤。測(cè)不準(zhǔn)原理反映了微觀粒子此觀點(diǎn)極為錯(cuò)誤。測(cè)不準(zhǔn)原理反映了微觀粒子具有波動(dòng)性具有波動(dòng)性，表明微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，表明微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不服從不服從宏觀物宏觀物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律所總結(jié)出來的體運(yùn)動(dòng)規(guī)律所總結(jié)出來的經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)而已。而已?！究?/p>

28、之【總之】電子是微觀粒子，有其特征：電子是微觀粒子，有其特征： 量子化、量子化、 波粒二象性、波粒二象性、 不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定電子的運(yùn)動(dòng)速度和位置不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定電子的運(yùn)動(dòng)速度和位置。 因此，因此，不能用經(jīng)典力學(xué)或舊量子論來解釋電子不能用經(jīng)典力學(xué)或舊量子論來解釋電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而要用近代量子力學(xué)理論，而要用近代量子力學(xué)理論薛定諤方薛定諤方程程來描述。來描述。電子的波動(dòng)性與機(jī)械波的區(qū)別？電子的波動(dòng)性與機(jī)械波的區(qū)別？機(jī)械波（如水波）可由機(jī)械波方程準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其軌跡；機(jī)械波（如水波）可由機(jī)械波方程準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其軌跡； 雖然電子也具有波動(dòng)性，但它太小，屬于微觀粒子，雖然電子也具有波動(dòng)性，但它太小，

29、屬于微觀粒子，經(jīng)典力學(xué)不實(shí)用，任何人無(wú)法預(yù)測(cè)下一時(shí)刻電子的具體經(jīng)典力學(xué)不實(shí)用，任何人無(wú)法預(yù)測(cè)下一時(shí)刻電子的具體軌跡。軌跡。即即電子波是一種電子波是一種幾率波幾率波，具有，具有統(tǒng)計(jì)性統(tǒng)計(jì)性，遵循測(cè)不準(zhǔn)原理。，遵循測(cè)不準(zhǔn)原理。第第3節(jié)節(jié) 氫核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)氫核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)經(jīng)典波（如水波）：經(jīng)典波（如水波）： 可用可用波動(dòng)方程波動(dòng)方程來準(zhǔn)確描述其運(yùn)動(dòng)軌跡。來準(zhǔn)確描述其運(yùn)動(dòng)軌跡。 具有具有波粒二象性的電子波粒二象性的電子是否也有相應(yīng)的波是否也有相應(yīng)的波動(dòng)方程呢動(dòng)方程呢?1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤，提出了著名的年，奧地利物理學(xué)家薛定諤，提出了著名的薛定諤方程薛定諤方程0)(822222222

30、vehmzyx 描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方程式描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方程式（二階偏微分方程）（二階偏微分方程） 勢(shì)能勢(shì)能，表示原子，表示原子核對(duì)電子的吸引核對(duì)電子的吸引總能量總能量普郎克常數(shù)普郎克常數(shù)電子質(zhì)量電子質(zhì)量波函數(shù)波函數(shù) 原則上講，原則上講，只要找出體系勢(shì)能（只要找出體系勢(shì)能（v）的表達(dá)式，帶入）的表達(dá)式，帶入薛定諤方程，便可得到薛定諤方程，便可得到波函數(shù)（波函數(shù)（ ），即求出電子的運(yùn)），即求出電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。動(dòng)狀態(tài)。0)(822222222vehmzyx 但是但是，解薛定諤方程并非易事，至今只能求解單電，解薛定諤方程并非易事，至今只能求解單電子體系（子體系（h, he+, li2+）的

31、薛定諤方程。在此，我們只用）的薛定諤方程。在此，我們只用其結(jié)論。其結(jié)論。一、波函數(shù)一、波函數(shù) 、原子軌道、原子軌道就是薛定諤方程的解就是薛定諤方程的解。0)(822222222vehmzyx可見，可見，波函數(shù)就是描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)式。波函數(shù)就是描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)式。 (x,y,z) 量子力學(xué)中，要使所得量子力學(xué)中，要使所得的解有特定物理意義，的解有特定物理意義， 中的中的n,l,m三個(gè)量子數(shù)必三個(gè)量子數(shù)必須符合一定條件須符合一定條件 n,l,m（x,y,z）1、波函數(shù)（、波函數(shù)（ ）2、原子軌道、原子軌道 量子力學(xué)中，把原子體系的量子力學(xué)中，把原子體系的每一個(gè)波函數(shù)稱為

32、一條每一個(gè)波函數(shù)稱為一條原子軌道原子軌道。如如n=2，l=0，m=0，波函數(shù)，波函數(shù) 2,0,0就稱為就稱為2s原子軌道原子軌道因而，波函數(shù)與原子軌道同義，常混用。因而，波函數(shù)與原子軌道同義，常混用。 or：原子軌道是由三個(gè)量子數(shù)（原子軌道是由三個(gè)量子數(shù)（n，l，m）所確定的）所確定的一個(gè)波函數(shù)一個(gè)波函數(shù) n,l,m（x,y,z）。）。二、概率密度、電子云二、概率密度、電子云 核外電子沒有固定的運(yùn)動(dòng)軌跡，只能用核外電子沒有固定的運(yùn)動(dòng)軌跡，只能用統(tǒng)計(jì)規(guī)律統(tǒng)計(jì)規(guī)律來描述其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。來描述其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 把電子在核外空間把電子在核外空間某一區(qū)域內(nèi)某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少，出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少，稱為稱為概率概

33、率。 電子在核外空間某處電子在核外空間某處單位體積內(nèi)單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率叫出現(xiàn)的概率叫概率密度概率密度。1、概率密度、概率密度 量子力學(xué)中，用波函數(shù)絕對(duì)值的平方量子力學(xué)中，用波函數(shù)絕對(duì)值的平方 表示表示電子電子出現(xiàn)的出現(xiàn)的概率密度概率密度。因此，空間某點(diǎn)因此，空間某點(diǎn)(x,y,z)附近體積內(nèi)電子出現(xiàn)的概率附近體積內(nèi)電子出現(xiàn)的概率概率密度概率密度體積體積 2( , , )dpx y zd2( , , )dpx y zd22、電子云、電子云 化學(xué)上習(xí)慣用化學(xué)上習(xí)慣用小黑點(diǎn)分布的疏密小黑點(diǎn)分布的疏密來表示電子出來表示電子出現(xiàn)幾率的大小?，F(xiàn)幾率的大小?？杀硎究杀硎倦娮映霈F(xiàn)的電子出現(xiàn)的概率密度，但不直觀

34、，較復(fù)雜。概率密度，但不直觀，較復(fù)雜。2 這種形象化表示概率密度分布的圖形稱為這種形象化表示概率密度分布的圖形稱為電子云電子云，是電子行為具有是電子行為具有統(tǒng)計(jì)性統(tǒng)計(jì)性的一種的一種形象化形象化描述。描述。 小黑點(diǎn)較密的地方，表示該點(diǎn)小黑點(diǎn)較密的地方，表示該點(diǎn) 較大，單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)較大，單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，概率密度大。多，概率密度大。2 【 需要注意的是需要注意的是】在研究原子中電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)，在研究原子中電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)，無(wú)法說明電子恰好在某一位置，無(wú)法說明電子恰好在某一位置，只能指出只能指出電子在空間電子在空間的的幾率密度分布幾率密度分布，即電子云分布。，即電子云分布。flash

35、：s4-6 電子云概念電子云概念三、原子軌道、電子云的圖象三、原子軌道、電子云的圖象 解解薛定諤方程可得到薛定諤方程可得到 n,l,m（x,y,z）。）。為了數(shù)學(xué)處理方便，為了數(shù)學(xué)處理方便，常用球坐標(biāo)代替直角坐標(biāo)，即常用球坐標(biāo)代替直角坐標(biāo)，即 n,l,m(r, , )。 n,l,m(r, , ) = rn,l(r) yl,m( , ) r(r)是波函數(shù)的是波函數(shù)的徑向徑向部分部分，叫徑向波函數(shù)，叫徑向波函數(shù)，它只隨電子離核的距離它只隨電子離核的距離（r）而變化，含）而變化，含n,l兩個(gè)兩個(gè)量子數(shù)量子數(shù) y( , )是波函數(shù)的是波函數(shù)的角度部角度部分分，叫角度波函數(shù)，隨角度，叫角度波函數(shù)，隨角度

36、( , )變化，含變化，含l,m兩個(gè)量子兩個(gè)量子數(shù)數(shù) flash：s4-7 波函數(shù)的空間構(gòu)象波函數(shù)的空間構(gòu)象 s4-8 原子軌道的角度分布原子軌道的角度分布1 s4-9原子軌道的角度分布原子軌道的角度分布2 s4-10 原子軌道的角度分布總結(jié)原子軌道的角度分布總結(jié)1、原子軌道的角度分布圖、原子軌道的角度分布圖 角度分布圖：角度分布圖：yl,m ( , )對(duì)對(duì) , 作圖作圖 n,l,m(r, , ) = rn,l(r) yl,m( , ) 可見，可見， yn,l ( , )與與n、離核半徑（、離核半徑（r）無(wú)關(guān)，只要）無(wú)關(guān)，只要l，m值相同，它們角度分布圖的形狀也相同（值相同，它們角度分布圖的形

37、狀也相同（2pz，3pz，4pz）。）。2、電子云的角度分布圖、電子云的角度分布圖 電子云的角度分布圖既電子云的角度分布圖既y2( , )對(duì)對(duì) , 作圖作圖222n,l,mn,ll,m(r, , )=r(r) y ( , ) 【原子軌道和電子云角度分布圖的比較【原子軌道和電子云角度分布圖的比較】 分布圖類似，區(qū)別在于：分布圖類似，區(qū)別在于： （1）電子云的角度分布圖要電子云的角度分布圖要“瘦瘦”些，些，y( , )1，則，則y2( , )更小更小。 （2）原子軌道的角度分布圖有正、負(fù)之分原子軌道的角度分布圖有正、負(fù)之分（不是（不是指帶正電或帶負(fù)電）指帶正電或帶負(fù)電），而電子云的角度分布圖全部為

38、，而電子云的角度分布圖全部為正，正，y( , )平方后總為正值。平方后總為正值。 3、電子云的徑向分布圖、電子云的徑向分布圖 電子云的徑向分布圖：反映電子云隨半徑電子云的徑向分布圖：反映電子云隨半徑（r）變化的圖形。）變化的圖形。222n,l,mn,ll,m(r, , )=r(r) y ( , ) flash：s4-11電子云的徑向分布圖電子云的徑向分布圖 s4-12 概率密度和電子云的關(guān)系概率密度和電子云的關(guān)系 解薛定諤方程可得到一個(gè)解薛定諤方程可得到一個(gè)波函數(shù)波函數(shù) ，也就得到一條，也就得到一條原原子軌道子軌道。四、四、 四個(gè)量子數(shù)（重點(diǎn)）四個(gè)量子數(shù)（重點(diǎn)） 【即【即】三個(gè)量子數(shù)三個(gè)量子數(shù)

39、(n,l,m) 一定時(shí)一定時(shí) 就確定了一個(gè)波函數(shù)就確定了一個(gè)波函數(shù)或一條原子軌道或一條原子軌道 也就確定了也就確定了核外電子的一種空間運(yùn)動(dòng)狀核外電子的一種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。態(tài)。 (1,0,0); (2,0,0);【但是【但是】要使其合理，需要指定三個(gè)量子數(shù)要使其合理，需要指定三個(gè)量子數(shù)n，l，m； 【后來后來】原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)表明原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)表明核外電子除空間運(yùn)核外電子除空間運(yùn)動(dòng)外，還有一種動(dòng)外，還有一種“自旋運(yùn)動(dòng)自旋運(yùn)動(dòng)”，用自旋量子數(shù)，用自旋量子數(shù)ms表示。表示。n， l ，m， ms稱為四個(gè)量子數(shù)。稱為四個(gè)量子數(shù)。1、 主量子數(shù)主量子數(shù) n 【意義【意義】描述電子出現(xiàn)概率最大的區(qū)域離

40、核的描述電子出現(xiàn)概率最大的區(qū)域離核的距距離離，是決定電子能量高低的，是決定電子能量高低的主要因素主要因素（但不是唯一（但不是唯一因素）因素）。 n 越小，電子離核越近，能量越低。越小，電子離核越近，能量越低。n越大，電子離核越遠(yuǎn)，越大，電子離核越遠(yuǎn)， 能量越高。能量越高?！緉的取值及符號(hào)的取值及符號(hào)】1， 2， 3， 4 n 正整數(shù)正整數(shù)光譜學(xué)上用光譜學(xué)上用 k，l，m，n 表示表示分別稱為第一、第二、第三分別稱為第一、第二、第三.第第n 電子層電子層2、角量子數(shù)、角量子數(shù) l研究發(fā)現(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)，n1，只有，只有1種原子軌道種原子軌道n2，有，有2種原子軌道；種原子軌道；n3，有，有3種原子軌

41、道種原子軌道為了表示此現(xiàn)象，引入角量子數(shù)（為了表示此現(xiàn)象，引入角量子數(shù)（l）【l的取值及符號(hào)的取值及符號(hào)】受主量子數(shù)受主量子數(shù) n 的限制；的限制； 用用 s，p，d，f， g 表示表示 。l : 0，1，2，3，4 ( n -1 )，共，共 n 個(gè)取值。個(gè)取值。l = 0： s 軌道，形狀為球形，即軌道，形狀為球形，即 3s 軌道；軌道；zxsl = 1： p 軌道，形狀為啞鈴形，軌道，形狀為啞鈴形， 3p 軌道軌道;xyzzpl = 2 ： d 軌道，形狀為花瓣形，軌道，形狀為花瓣形， 3d 軌道軌道;xydxyz因此，在第三層上，有因此，在第三層上，有 3 種不同形狀的軌道（亞層）種不同

42、形狀的軌道（亞層）當(dāng)當(dāng)n=3時(shí)時(shí) l 可取可取0，1，2【l的意義的意義】 （1） 決定決定原子軌道（或電子云）的形狀，即表示原子軌道（或電子云）的形狀，即表示亞層亞層（2） 決定電子空間運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量決定電子空間運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量（3） 在多電子原子中與在多電子原子中與n共同決定電子能量的高低共同決定電子能量的高低【亞層【亞層】同一層中同一層中 ( n 相同相同 ) 不同形狀的軌道不同形狀的軌道第第n層有多少個(gè)亞層？層有多少個(gè)亞層？有有n個(gè)個(gè)電子亞層電子亞層 如如n=4，l 可取可取0，1，2，3，分別表示，分別表示4s、4p、4d，4f 亞層；亞層；【因此【因此】l 標(biāo)志電子亞層標(biāo)志電子亞層3、磁

43、量子數(shù)、磁量子數(shù) mn=2, l=1 （2p亞層）亞層） ,發(fā)現(xiàn)在空間有發(fā)現(xiàn)在空間有3種不同的取向種不同的取向n=3, l=2 （3d亞層）亞層） , 發(fā)現(xiàn)在空間有發(fā)現(xiàn)在空間有5種不同的取向種不同的取向?yàn)榱吮硎敬朔N現(xiàn)象，引入磁量子數(shù)（為了表示此種現(xiàn)象，引入磁量子數(shù)（m）【 m的取值及符號(hào)的取值及符號(hào)】受角量子數(shù)受角量子數(shù) l 的限制的限制 對(duì)于給定的對(duì)于給定的 l ，m 可取可取 0， 1， 2， 3， l ，共共（2 l +1）個(gè)值。）個(gè)值。 這些取值意味著？這些取值意味著？ 在角量子數(shù)為在角量子數(shù)為l的亞層有（的亞層有（2l+1）個(gè)取向，即）個(gè)取向，即有（有（2l+1）條取向不同的原子軌道

44、。）條取向不同的原子軌道。s軌道：軌道：l=0, m=0, 只有一種空間取向，所以只有一種空間取向，所以s軌道為球形。軌道為球形。zxsp軌道：軌道：l=1, m = 0, +1, -1, 在空間有三種取向。在空間有三種取向。xpxyzxyzypxyzzpd軌道：軌道：l = 2, m = 0, +1, -1,+2, -2, 在空間有五種取向；在空間有五種取向；2d3zxyzyzd3xyzxzd3xyzxyd3xyz22d3yx xyzf軌道：軌道：l=3, m = 0, +1, -1, +2, -2, +3, -3，七個(gè)值，七個(gè)值在空間有七種取向；在空間有七種取向；f軌道為花瓣形。軌道為花瓣

45、形?！?m的物理意義的物理意義】 描述描述原子軌道或電子云在空間的原子軌道或電子云在空間的伸展方向伸展方向。每一每一個(gè)個(gè) m 的取值，對(duì)應(yīng)一種空間取向。的取值，對(duì)應(yīng)一種空間取向。xpxyzxyzypxyzzp m 的不同取值，意味著原子軌道的空間取向不同，的不同取值，意味著原子軌道的空間取向不同，但一般不影響能量。但一般不影響能量。【 簡(jiǎn)并簡(jiǎn)并】 把同一亞層（即把同一亞層（即l相同），伸展方向不同的原子軌相同），伸展方向不同的原子軌道稱為道稱為等價(jià)軌道等價(jià)軌道或或簡(jiǎn)并軌道簡(jiǎn)并軌道 。 l=1, m=0,+1, -1, 有有3種空間取向。種空間取向。px，py，pz為為 3條條簡(jiǎn)并軌道簡(jiǎn)并軌道，

46、或者說，或者說 p 軌道是軌道是 3 重簡(jiǎn)并的。重簡(jiǎn)并的。 d軌道軌道 有有 5 種不同的空間取向，種不同的空間取向， d 軌道軌道是是 5 重簡(jiǎn)并的。重簡(jiǎn)并的。 f 軌道有軌道有 7 種不同的空間取向，種不同的空間取向， f 軌道軌道是是 7重簡(jiǎn)并的。重簡(jiǎn)并的。【小結(jié)【小結(jié)】量子數(shù)與電子云的關(guān)系量子數(shù)與電子云的關(guān)系 主量子數(shù)主量子數(shù)n：決定電子云的能量；決定電子云的能量； 角量子數(shù)角量子數(shù)l：描述電子云的形狀；描述電子云的形狀； 磁量子數(shù)磁量子數(shù)m：描述電子云的空間取向；描述電子云的空間取向； n, l, m 一定，原子軌道也就確定一定，原子軌道也就確定4、自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) ms 用高分

47、辨光譜儀研究原子光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)：在無(wú)外磁場(chǎng)用高分辨光譜儀研究原子光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)：在無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，每條譜線由作用時(shí)，每條譜線由兩條十分接近兩條十分接近的譜線組成。的譜線組成。 為了解釋這種現(xiàn)象，認(rèn)為為了解釋這種現(xiàn)象，認(rèn)為電子有自旋運(yùn)動(dòng)電子有自旋運(yùn)動(dòng)，并提，并提出了自旋量子數(shù)，用出了自旋量子數(shù)，用ms表示。表示。 因此，因此，電子既圍繞原子核旋轉(zhuǎn)電子既圍繞原子核旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也自身旋轉(zhuǎn)。運(yùn)動(dòng)，也自身旋轉(zhuǎn)。m s 的取值只有兩個(gè)：的取值只有兩個(gè)：+ 1/2 和和 -1/2 ； 即電子的自旋方式只有兩種，通常用即電子的自旋方式只有兩種，通常用 “ ” 和和 “ ” 表示。表示?！咀⒁狻咀⒁狻?【1】 指定三個(gè)量

48、子數(shù)指定三個(gè)量子數(shù)n，l，m，就解出一個(gè)波函數(shù)就解出一個(gè)波函數(shù)（ ），得到一條），得到一條原子軌道，因此，可用原子軌道，因此，可用三個(gè)量子數(shù)三個(gè)量子數(shù)n， l ，m描述一條描述一條原子軌道；原子軌道； 3,0,0,3s軌道；軌道； 3,1,13p軌道中的軌道中的一條一條 【2】 描述一個(gè)描述一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需要電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需要四個(gè)量子數(shù)，四個(gè)量子數(shù)，n，l ，m， ms。（3,1,0,+1/2）表示在）表示在3p軌道上軌道上“正旋正旋”的一個(gè)電子。的一個(gè)電子?！纠纠坑盟膫€(gè)量子數(shù)描述用四個(gè)量子數(shù)描述 n= 4，l = 3所有電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。所有電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 l = 3 對(duì)應(yīng)的有對(duì)

49、應(yīng)的有 m = 0， 1， 2， 3， 共共 7 個(gè)個(gè)值。值。即即有有 7 條軌道。每條軌道中容納兩個(gè)自旋量子數(shù)分別為條軌道。每條軌道中容納兩個(gè)自旋量子數(shù)分別為 + 1/2 和和 1/2 的自旋方向相反的電子，所以有的自旋方向相反的電子，所以有 2 7 = 14 個(gè)運(yùn)動(dòng)個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同的電子狀態(tài)不同的電子。分別用。分別用 n ，l ， m， m s 描述如下：描述如下： n ， l ， m， m s 4 3 0 1/2 4 3 - 1 1/2 4 3 1 1/2 4 3 -2 1/2 4 3 2 1/2 4 3 -3 1/2 4 3 3 1/2 n ， l ， m， m s 4 3 0 -1/2

50、 4 3 -1 -1/2 4 3 1 -1/2 4 3 -2 -1/2 4 3 2 -1/2 4 3 - 3 -1/2 4 3 3 -1/2 1、 (3,0,-2,+1/2)對(duì)錯(cuò)？改正。對(duì)錯(cuò)？改正。(3,0,0)；3s， 3,0,0(3,2,-2)；3d， 3,2,-22、 3,2代表哪些軌道代表哪些軌道?能量？能量？n=3，l=2 (3d亞層亞層)，m=0,1,-1,2,-2（5條能量相等的簡(jiǎn)并軌道）條能量相等的簡(jiǎn)并軌道）【四個(gè)量子數(shù)總結(jié)【四個(gè)量子數(shù)總結(jié)】 解薛定諤方程可能得到多個(gè)解（解薛定諤方程可能得到多個(gè)解（ ），要使解有意義，要使解有意義，還取決于還取決于n,l,m三個(gè)量子數(shù)。三個(gè)量子

51、數(shù)。 n（主量子數(shù)（主量子數(shù)）決定電子的能量和離核的遠(yuǎn)近；決定電子的能量和離核的遠(yuǎn)近； l（角量子數(shù)（角量子數(shù)）決定軌道的形狀；決定軌道的形狀； m（磁量子數(shù)（磁量子數(shù)）決定軌道的空間伸展方向；決定軌道的空間伸展方向； 因此，描述一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)需要因此，描述一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)需要n，l，m，ms四個(gè)量子數(shù)四個(gè)量子數(shù)為了描述電子的自旋，引入自旋量子數(shù)（為了描述電子的自旋，引入自旋量子數(shù)（ ms ）【1】 主量子數(shù)主量子數(shù) n n=1, 2, 3,; k, l, m, n, 【2】角量子數(shù)角量子數(shù)ll = 0, 1, 2n-1; s, p, d, f共共n個(gè)個(gè)【3】磁量子數(shù)磁量子數(shù) mm =

52、+l,0,-l；共；共2l+1個(gè)個(gè)【4】自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) ms,21sm21smp141, 第六題；第六題；p141, 第第8題；題；p141, 第第13題；題；第第4節(jié)節(jié) 核外電子排布和元素周期律核外電子排布和元素周期律電子在原子核外如何排列？有無(wú)規(guī)律可言？電子在原子核外如何排列？有無(wú)規(guī)律可言？ 光譜實(shí)驗(yàn)表明：光譜實(shí)驗(yàn)表明：基態(tài)原子核外電子的排布有基態(tài)原子核外電子的排布有嚴(yán)格規(guī)律，首先必須遵循嚴(yán)格規(guī)律，首先必須遵循能量最低原理能量最低原理。 為此，必須先知道各為此，必須先知道各原子軌道的能級(jí)順序原子軌道的能級(jí)順序，再討，再討論電子排布！論電子排布！單電子體系：?jiǎn)坞娮芋w系：evnz13.6

53、e22n 相同的軌道，能量相同：相同的軌道，能量相同：e 4 s = e 4 p = e 4 d = e 4 fn 越大能量越高：越大能量越高：e 1 s e 2 s e 3 s e 4 s電子只受原子核的作用，能量關(guān)系簡(jiǎn)單。電子只受原子核的作用，能量關(guān)系簡(jiǎn)單。 只由主量子數(shù)只由主量子數(shù) n 決定決定多電子體系：多電子體系： 電子不僅受原子核的作用，而且還受其余電電子不僅受原子核的作用，而且還受其余電子的作用，能量關(guān)系復(fù)雜。子的作用，能量關(guān)系復(fù)雜。多電子體系中，多電子體系中， n和和l共同決定共同決定能量。能量。1、鮑林近似能級(jí)圖、鮑林近似能級(jí)圖 pauling ，美國(guó)著名的結(jié)構(gòu)化學(xué)家，根據(jù)大

54、，美國(guó)著名的結(jié)構(gòu)化學(xué)家，根據(jù)大量光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算，提出了量光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算，提出了多電子原子多電子原子的原子軌道近似能級(jí)圖的原子軌道近似能級(jí)圖。 一、多電子原子的能級(jí)一、多電子原子的能級(jí)鮑林簡(jiǎn)介鮑林簡(jiǎn)介美國(guó)化學(xué)家。美國(guó)化學(xué)家。1954年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1963年獲諾貝爾和平獎(jiǎng)。年獲諾貝爾和平獎(jiǎng)。 對(duì)化學(xué)健本質(zhì)提出獨(dú)特的見解。首先提出化學(xué)鍵有混合特對(duì)化學(xué)健本質(zhì)提出獨(dú)特的見解。首先提出化學(xué)鍵有混合特征，既有共價(jià)鍵又有離子鍵征，既有共價(jià)鍵又有離子鍵。提出雜化軌道理論。提出雜化軌道理論。最早提出電負(fù)性概念，并用實(shí)驗(yàn)測(cè)定元素電負(fù)性的數(shù)值。最早提出電負(fù)性概念，并用實(shí)驗(yàn)測(cè)定元素

55、電負(fù)性的數(shù)值。測(cè)定一批化合物的鍵長(zhǎng)、鍵角。測(cè)定一批化合物的鍵長(zhǎng)、鍵角。發(fā)現(xiàn)氫鍵，并提出形成氫鍵的理論。發(fā)現(xiàn)氫鍵，并提出形成氫鍵的理論。 晚年致力于和平事業(yè)，反對(duì)生產(chǎn)毀滅性武器。有晚年致力于和平事業(yè)，反對(duì)生產(chǎn)毀滅性武器。有“和平老人和平老人”的美名。的美名。指導(dǎo)過我國(guó)著名化學(xué)家唐有祺、盧嘉錫。指導(dǎo)過我國(guó)著名化學(xué)家唐有祺、盧嘉錫。鮑林將所有的原子軌道，分成七個(gè)能級(jí)組鮑林將所有的原子軌道，分成七個(gè)能級(jí)組第一組第一組 1s第二組第二組 2s 2p第三組第三組 3s 3p第四組第四組 4s 3d 4p第五組第五組 5s 4d 5p第六組第六組 6s 4f 5d 6p第七組第七組 7s 5f 6d 7p

56、(1) 第一能級(jí)組只有第一能級(jí)組只有1s，其余各，其余各能級(jí)組均以能級(jí)組均以ns開始，開始，np結(jié)束。結(jié)束。(2) 能級(jí)交錯(cuò)，并非按層排列。能級(jí)交錯(cuò)，并非按層排列。 (3) 鮑林鮑林近似能級(jí)圖反映了近似能級(jí)圖反映了多電多電子原子子原子的原子軌道能量高低，不的原子軌道能量高低，不適合單電子體系（如適合單電子體系（如h）。）。 (4) 按此能級(jí)圖填充電子與光譜實(shí)驗(yàn)一致，按此能級(jí)圖填充電子與光譜實(shí)驗(yàn)一致， 7個(gè)能級(jí)組對(duì)個(gè)能級(jí)組對(duì)應(yīng)元素周期表的應(yīng)元素周期表的7個(gè)周期。個(gè)周期。(1) l相同，相同，n越大，能級(jí)越高越大，能級(jí)越高，如，如e1se2se3s，e2pe3pe4p(2) n相同，相同，l越大，

57、能級(jí)越高越大，能級(jí)越高，如，如ensenpendenf (3) n和和l均不同，可能出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)均不同，可能出現(xiàn)能級(jí)交錯(cuò)。如。如e4se3d， e5se4d，e6se4fe5d 2、徐光憲的電子能級(jí)分組法、徐光憲的電子能級(jí)分組法 e= n + 0.7l，整數(shù)相同的，整數(shù)相同的為一能級(jí)組。為一能級(jí)組。1s1.02s 2p2.0 2.73s 3p3.0 3.74s 3d 4p4.0 4.4 4.75s 4d 5p5.0 5.4 5.76s 4f 5d 6p6.0 6.1 6.4 6.77s 5f 6d 7p 7.0 7.1 7.4 7.7一一 二二 三三 四四 五五 六六 七七二、屏蔽效應(yīng)二、屏蔽

58、效應(yīng)研究最外層的一個(gè)電子研究最外層的一個(gè)電子受到核的受到核的 的引力；的引力；同時(shí)受到內(nèi)層兩個(gè)電子的（同時(shí)受到內(nèi)層兩個(gè)電子的（-2）的排斥。）的排斥。實(shí)際上實(shí)際上受到的引力不是受到的引力不是+ 3 ，受到的斥力也不是，受到的斥力也不是- 2 ，很復(fù)雜。，很復(fù)雜。 由于電子間相互排斥，使指定電子受到的核電荷減由于電子間相互排斥，使指定電子受到的核電荷減少的作用稱為屏蔽效應(yīng)少的作用稱為屏蔽效應(yīng) 。看成一個(gè)整體，即被中和掉部分正電荷的原子核看成一個(gè)整體，即被中和掉部分正電荷的原子核 因而可認(rèn)為最外層的一個(gè)電子處在因而可認(rèn)為最外層的一個(gè)電子處在單電子體系單電子體系中，中，將問題簡(jiǎn)化。將問題簡(jiǎn)化。 此時(shí)

59、的核電荷不是此時(shí)的核電荷不是z，而，而變成了變成了z*（有效核電荷）（有效核電荷）研究最外層的一個(gè)電子。研究最外層的一個(gè)電子。*zz 為屏蔽常數(shù)為屏蔽常數(shù)【 的計(jì)算的計(jì)算】 slater（斯萊特）規(guī)則（斯萊特）規(guī)則(1) 將原子中的電子分成如下幾組將原子中的電子分成如下幾組(1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f) (5s, 5p) (2) 位于被屏蔽電子右邊的各組電子，對(duì)被屏蔽電子的位于被屏蔽電子右邊的各組電子，對(duì)被屏蔽電子的 0。外邊電子無(wú)屏蔽外邊電子無(wú)屏蔽(3) 1s軌道電子之間軌道電子之間 0.3，其余各組電子之間，其余各組電子之間 0

60、.35 (4) 被屏蔽電子為被屏蔽電子為ns或或np時(shí)，主量子數(shù)為時(shí)，主量子數(shù)為(n-1)的各電子的各電子對(duì)它的對(duì)它的 0.85，(n-2)及更小的各電子的及更小的各電子的 1。 (5) 被屏蔽電子為被屏蔽電子為nd或或nf時(shí)，位于它左邊各組電子對(duì)它時(shí)，位于它左邊各組電子對(duì)它的的 1。例：例：cu中其它電子對(duì)中其它電子對(duì)4s電子的電子的 。29cu: (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(3d)10(4s)1 (1s)2 (2s2p)8 (3s3p)8 (3d)10 =1 2 +1 8 +0.85 8 + 0.85 10【定性規(guī)律【定性規(guī)律】 （1） 內(nèi)層電子對(duì)外層電子的屏蔽較大