原子和原子結(jié)構(gòu)

1、關(guān)于原子與原子結(jié)構(gòu)第一張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月主要內(nèi)容1.1 原子的基本知識(shí)1.2 原子結(jié)構(gòu)模型1.3 量子力學(xué)基礎(chǔ)1.4 原子內(nèi)電子的排布重點(diǎn)：玻爾原子模型難點(diǎn)：原子內(nèi)電子的排布第二張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.1 原子的基本知識(shí)第三張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 阿伏伽德羅定律 阿伏伽德羅定律:一摩爾的任何核素物質(zhì)所包含的原子個(gè)數(shù)相同，都等于恒量 。 第四張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月原子的質(zhì)量原子質(zhì)量是指單個(gè)原子的質(zhì)量，是原子的一個(gè)重要基本量。 Ar-原子量第五張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月原子大小不論原子輕重如何，它

2、們的大小在通常情況下都是差不多的。任何原子的半徑數(shù)量級(jí)都為 m或l 。 第六張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電子的發(fā)現(xiàn)1897年英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜(J. J. Thomson)發(fā)現(xiàn)了電子(英,1906年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)) ，開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)認(rèn)識(shí)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的新紀(jì)元。確定了原子可以再分。但原子在化學(xué)反應(yīng)中是最小的微粒，無(wú)法再變化。第七張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.2 原子結(jié)構(gòu)模型第八張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電子的發(fā)現(xiàn)1897年湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子。原子是電中性的，而一切原子中都有帶負(fù)電的電子，說(shuō)明原子內(nèi)部還有結(jié)構(gòu)，那么原子中就必然有帶正電的物質(zhì)，它們應(yīng)和電子所帶的負(fù)

3、電中和，使原子呈中性。電荷是量子化的(密立根)。第九張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月物理學(xué)問(wèn)題原子中除電子外還有什么東西? 電子是怎么待在原子里的? 存在多少電子(電荷)原子中什么東西帶正電荷? 正負(fù)電荷是如何分布的? 帶負(fù)電的電子和帶正電的東西如何相互作用?歸結(jié)為：原子結(jié)構(gòu)第十張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.2.1 湯姆遜原子結(jié)構(gòu)模型-布丁模型原子中正電荷以均勻的體密度分布在一個(gè)大小等于整個(gè)原子的球體內(nèi)，而帶負(fù)電的電子則一粒粒地分布在球內(nèi)的不同位置上，分別以某種頻率振動(dòng)著，從而發(fā)出電磁輻射。觀測(cè)到的原子光譜的各種頻率相當(dāng)于這些振動(dòng)的頻率。 解決原子大?。?0-8厘米）

4、原子質(zhì)量問(wèn)題困難：原子光譜解釋第十一張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.2.2 a粒子散射實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)觀察到了散射的粒子(2-3度)，而且觀察到了被金箔反射回來(lái)的粒子(1/8000)。對(duì)著卷煙紙射出一顆15英寸的炮彈，卻被反射回來(lái)的炮彈擊中一樣地不可思議。 DFRa粒子鉛準(zhǔn)直器金箔蓋革計(jì)數(shù)器第十二張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電荷均勻分布電荷集中在球心第十三張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月a粒子散射實(shí)驗(yàn)解釋由于核的線度很小，粒子越靠近核，r越小，粒子所受斥力就越大，因此就可能在一次散射中發(fā)生大角偏轉(zhuǎn)。庫(kù)侖斥力第十四張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月行星模型1

5、911年盧瑟福(英)的a粒子散射實(shí)驗(yàn)否定了湯姆遜原子模型。提出原子的中心是一個(gè)重的帶正電的核，與整個(gè)原子的大小相比，核很小。電子圍繞核轉(zhuǎn)動(dòng)，類(lèi)似大行星繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種模型叫做原子的核模型，又稱(chēng)行星模型。行星模型示意圖第十五張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月行星模型的不足解決的問(wèn)題 散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果(原子核的存在)困難： 原子的穩(wěn)定性 原子的同一性 原子的再生性 原子光譜第十六張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.2.3 經(jīng)典物理的困惑 19世紀(jì)末20世紀(jì)初，經(jīng)典物理在實(shí)驗(yàn)方面遇到困難，這些困難被看作是“晴朗天空的幾朵烏云”，正是這幾朵烏云引發(fā)了物理界的變革。黑體輻射問(wèn)題-紫外災(zāi)難光

6、電效應(yīng)原子的線狀光譜及原子的穩(wěn)定性第十七張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月黑體輻射任何物體都具有不斷輻射、吸收、發(fā)射電磁波的本領(lǐng)。輻射出去的電磁波在各個(gè)波段是不同的，具有一定的譜分布。這種譜分布與物體本身的特性及其溫度有關(guān)，因而被稱(chēng)之為熱輻射。黑體是指入射的電磁波全部被吸收，既沒(méi)有反射，也沒(méi)有透射(當(dāng)然黑體仍然要向外輻射)。第十八張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月紫外災(zāi)難在短波紫外光區(qū)，理論值隨波長(zhǎng)的減少而很快增 長(zhǎng)，以致趨向于無(wú)窮大，即在紫色一端發(fā)散；這顯然與實(shí)際不符。因?yàn)樵谝粋€(gè)有限的空腔內(nèi)，根本不可能存在無(wú)限大的能量。稱(chēng)為“紫外災(zāi)難”。瑞利-金斯公式黑體輻射解釋?zhuān)汉隗w空腔內(nèi)

7、壁輻射電磁能量只能是量子化的，即E=h第十九張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光電效應(yīng)由于紫外線照射，大量電子從金屬表面逸出。光電效應(yīng)特點(diǎn)：存在臨界頻率，只有入射光的頻率大于臨界頻率，才會(huì)有光電子逸出。每個(gè)光電子的能量只與照射光的頻率有關(guān)。入射光頻率大于臨界頻率時(shí)，只要光一照上，幾乎立刻觀測(cè)到光電子。第二十張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月原子的線狀光譜任何物質(zhì)的原子光譜都由分立的線狀光譜而不是連續(xù)分布的譜線所組成，叫做線狀光譜(原子光譜)，如氫原子光譜 。線狀光譜是原子受外界激發(fā)后發(fā)射的。不同的元素有不同的譜線分布。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，原子光譜中，各譜線按波長(zhǎng)的排列和組成有一定的規(guī)律性

8、，這種規(guī)律性與原子結(jié)構(gòu)有密切聯(lián)系。 第二十一張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月原子的穩(wěn)定性盧瑟福提出核模型后，按照經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)，加速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子將不斷輻射而喪失能量。故圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子終會(huì)因大量喪失能量而掉到原子核中去。這樣原子也就崩潰了。但現(xiàn)實(shí)世界表明，原子是穩(wěn)定的存在著。第二十二張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.2.4 玻爾原子理論模型玻爾在行星模型的基礎(chǔ)上引入了普朗克的量子概念，認(rèn)為原子中的電子處在一系列分立的穩(wěn)態(tài)上。 提出了原子軌道和能級(jí)概念，解釋了原子發(fā)光機(jī)理。第二十三張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月玻爾原子理論1. 經(jīng)典軌道+定態(tài)假設(shè)電子作圓周運(yùn)

9、動(dòng)(經(jīng)典軌道)電子只能處于一些分立的軌道上，只能在這些軌道上做圓周運(yùn)動(dòng)，且不輻射電磁波這些定態(tài)的能量不連續(xù)第二十四張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 頻率條件(躍遷假設(shè)) 原子內(nèi)電子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，會(huì)發(fā)射或吸收一個(gè)光子，頻率第二十五張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. 角動(dòng)量量子化假設(shè) 軌道角動(dòng)量L 電子只可能在軌道角動(dòng)量等于廣義普朗克常數(shù)的整數(shù)倍的圓軌道上運(yùn)動(dòng)。第二十六張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4.氫原子軌道半徑和能量的計(jì)算氫原子軌道半徑 向心力是庫(kù)侖力(1)(2)第 n 個(gè)定態(tài)的軌道半徑 第二十七張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月氫原

10、子軌道能量的計(jì)算電子能量(動(dòng)能+勢(shì)能)根據(jù)(1)式第二十八張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二十九張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月波爾模型示意圖第三十張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月玻爾原子理論的意義1.成功的把氫原子結(jié)構(gòu)和光譜線結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái), 從理論上說(shuō)明了氫原子和類(lèi)氫原子的光譜線結(jié)構(gòu)。2.揭示了微觀體系的量子化規(guī)律，為建立量子力學(xué)奠定了基礎(chǔ)。第三十一張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月玻爾原子理論的缺陷1.不能處理復(fù)雜原子的問(wèn)題。2. 完全沒(méi)涉及譜線的強(qiáng)度、寬度等特征。3. 以經(jīng)典理論為基礎(chǔ), 是半經(jīng)典半量子的理論對(duì)于電子繞核的運(yùn)動(dòng)，用經(jīng)典理論處理；對(duì)于

11、電子軌道半徑，則用量子條件處理。4. 電子在定態(tài)時(shí)發(fā)射電磁波的能力為何消失？5. 在E1和E2兩態(tài)之間電子處于什么狀態(tài)。 第三十二張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.3 量子力學(xué)基礎(chǔ)第三十三張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.3.1 波粒兩象性經(jīng)典物理中的波和粒子它們是兩種僅有的又完全不同的能量傳播方式聲音的傳播和石子擊碎玻璃。對(duì)于粒子：尤其是理想的粒子可精確定地測(cè)定能量、動(dòng)量、電荷、質(zhì)量、位置，在一定條件下，可視為質(zhì)點(diǎn)。對(duì)于波：它的特征量有波長(zhǎng)、頻率和振幅，干涉、衍射。不能同時(shí)用波和粒子這兩個(gè)概念去描寫(xiě)同一現(xiàn)象。第三十四張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光的波粒二

12、象性 光的波動(dòng)性 干涉、衍射現(xiàn)象光的粒子性 光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)光的能量：E=hv 動(dòng)量：由愛(ài)因斯坦提出光量子學(xué)說(shuō)(限于光)光既不是經(jīng)典意義上的粒子，也不是經(jīng)典意義上的波。 第三十五張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月德布羅意假說(shuō)觀點(diǎn)：任何物體不論其是否有靜止能量，都伴隨以波，而且不可能將物體的運(yùn)動(dòng)和波的傳播分開(kāi)。1929年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。物質(zhì)波和德布羅意波長(zhǎng)給出粒子的動(dòng)量P與伴隨波的波長(zhǎng)關(guān)系：法國(guó)理論物理學(xué)家，波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，物質(zhì)波理論的創(chuàng)立者。(1892-1987)第三十六張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月主要成就波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，物質(zhì)波理論的創(chuàng)立者，量子力學(xué)的奠基人之一

13、。博士論文Researches on the quantum theory，首次提出了“物質(zhì)波”概念。1924年，德布羅意建議用電子在晶體上做衍射實(shí)驗(yàn)，以證實(shí)電子的波動(dòng)性。1927年，德布羅意假設(shè)的思想為戴維遜和革末的電子衍射實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。1929年德布羅意成為第一個(gè)以學(xué)位論文獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)的人。 第三十七張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月德布羅意假說(shuō)把波粒兩象性推廣到所有的物質(zhì)粒子。對(duì)于宏觀粒子，波動(dòng)性不明顯(太小)，由下式計(jì)算：電子既不是經(jīng)典意義下的粒子(無(wú)確定的軌道等) ，也不是經(jīng)典意義下的波(而是幾率波)。 一切實(shí)物粒子都有具有波粒二象性。第三十八張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2

14、022年6月例：質(zhì)量 m= 50Kg的人，以 v=15 m/s 的速度運(yùn)動(dòng)，試求人的德布羅意波波長(zhǎng)。人的德布羅意波波長(zhǎng)儀器觀測(cè)不到，宏觀物體的波動(dòng)性不必考慮，只考慮其粒子性。解：第三十九張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.3.2 海森堡不確定關(guān)系海森堡不確定關(guān)系是量子力學(xué)的一個(gè)基本原理(海森堡1927年提出)。第四十張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月不確定關(guān)系假如：X的位置完全確定，即 ，則粒子的動(dòng)量就完全不能確定，即 ，假如粒子處于 數(shù)值完全確定的狀態(tài)時(shí)( )，則無(wú)法在X方向上把粒子固定住，即X的位置是完全不確定的。 第四十一張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月不確定

15、關(guān)系 即粒子在X方向被局限在一有限范圍內(nèi) 時(shí)，則相應(yīng)的能量必有不確定的范圍 若一粒子在能量狀態(tài)E只能停留t時(shí)間，則粒子的能量狀態(tài)并非完全確定，它有一個(gè)彌散 ，只有當(dāng)粒子的停留時(shí)間無(wú)限長(zhǎng) 時(shí)(穩(wěn)態(tài))，它的能量狀態(tài)才能完全確定。揭示規(guī)律：粒子在客觀上不能同時(shí)具有確定的坐標(biāo)位置及相應(yīng)的動(dòng)量。 第四十二張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月不確定關(guān)系的問(wèn)題該原理表明：一個(gè)微觀粒子的某些物理量(如位置和動(dòng)量，或方位角與動(dòng)量矩，還有時(shí)間和能量等)，不可能同時(shí)具有確定的數(shù)值，其中一個(gè)量越確定，另一個(gè)量的不確定程度就越大。玻爾模型關(guān)于電子軌道概念的敘述(位置固定)海森堡不確定關(guān)系指出玻爾模型中能級(jí)有一定的

16、帶寬。第四十三張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例：電子不能落入(被束縛在)核內(nèi)當(dāng)電子距核的距離越來(lái)越近時(shí)，將從原子 的線度(0.1nm=10-8cm)過(guò)渡到原子核的線度(1fm=10-13cm)，由 可知電子所需的平均動(dòng)能將越來(lái)越大，但電子無(wú)這樣大的能量(0.1GeV)補(bǔ)充，故而電子不能繼續(xù)靠近核，更不可能落入核內(nèi)。 束縛電子的平均動(dòng)能第四十四張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月問(wèn)題根據(jù)不確定關(guān)系微觀粒子不能同時(shí)有確定的位置和動(dòng)量。如何描述微觀粒子第四十五張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.3.3 波函數(shù)量子力學(xué)中描述微觀系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù) 經(jīng)典力學(xué)的質(zhì)點(diǎn)的模型，僅有粒子

17、性而無(wú)波動(dòng)性，通常用坐標(biāo)與動(dòng)量P描述其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 而微觀粒子具有波粒二象性，坐標(biāo)與動(dòng)量不能同時(shí)具有確定的值，因此，量子力學(xué)中用波函數(shù)來(lái)描述微觀粒子狀態(tài)。波函數(shù)是空間和時(shí)間的函數(shù) =(x,y,z,t)第四十六張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月波函數(shù)玻恩假定波函數(shù)是粒子的概率密度，即在時(shí)刻t，在點(diǎn)(x,y,z)附近單位體積內(nèi)發(fā)現(xiàn)粒子的概率。波函數(shù)稱(chēng)為概率幅。統(tǒng)計(jì)解釋?zhuān)翰ê瘮?shù)在空間某一點(diǎn)的強(qiáng)度(振幅絕對(duì)值的平方)與t時(shí)刻在點(diǎn)(x,y,z)處單位體積找到粒子的幾率成正比。 波函數(shù)本身并無(wú)物理意義，而波函數(shù)的模的平方(波的強(qiáng)度)代表時(shí)刻t、在空間 r點(diǎn)處，微觀粒子出現(xiàn)的幾率。第四十七張，PPT共

18、八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月波函數(shù)的作用波函數(shù)可以完全描述體系的量子狀態(tài)粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不可能同時(shí)具有確定的值，當(dāng)粒子處于某一量子態(tài)時(shí)，它的力學(xué)量(坐標(biāo)與動(dòng)量)一般有許多個(gè)可能值，這些可能值各以一定的幾率出現(xiàn)，而由波恩解釋?zhuān)@些幾率可由波函數(shù)全部給出。 第四十八張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月粒子在整個(gè)空間出現(xiàn)的幾率：(1) 波函數(shù)具有歸一性(2) 單值性 (3) 連續(xù)性 (4) 有限性 波函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化條件波函數(shù)的性質(zhì) 粒子在任何地方出現(xiàn)的概率只能有一個(gè)，因此在任何地方的波函數(shù)必須是單值，概率顯示不能無(wú)限大，波函數(shù)必須處處有限，概率不可能在某處發(fā)生突變，因此波函數(shù)必須隨處連續(xù)。第四

19、十九張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(5) 態(tài)迭加原理它是量子力學(xué)的一個(gè)基本原理。若體系具有一系列不同的可能狀態(tài)，1, 2， 則它們的線性組合=C11+C22+ 也是該體系的一個(gè)可能的狀態(tài)。它與經(jīng)典波的迭加原理含義不同，當(dāng)粒子處于態(tài)1和態(tài)2的迭加態(tài)時(shí)，粒子既處于態(tài)1(概率)，又處于態(tài)2(概率)，這是經(jīng)典波所沒(méi)有的(新的狀態(tài))。第五十張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月量子物理與經(jīng)典物理的區(qū)別量子物理的基本規(guī)律：統(tǒng)計(jì)規(guī)律經(jīng)典物理的基本規(guī)律：決定論、嚴(yán)格的因果律因果律是統(tǒng)計(jì)規(guī)律的極限第五十一張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月問(wèn)題如何求解波函數(shù)？一個(gè)微觀系統(tǒng)的波函數(shù)，滿(mǎn)足薛定

20、諤方程。處于具體條件下的微觀系統(tǒng)的波函數(shù)，可由相應(yīng)的薛定諤方程解出。 第五十二張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.3.4 薛定諤方程物質(zhì)波-波動(dòng)方程，德布羅意并沒(méi)有告訴粒子的波函數(shù)，也沒(méi)有告訴波函數(shù)怎樣隨時(shí)間變化。1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤提出波動(dòng)方程即薛定鄂方程。是量子力學(xué)的一個(gè)基本原理。 1933年薛定諤獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。(Schrodinger 1887-1961)第五十三張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月建立薛定諤方程的兩個(gè)條件 薛定諤方程：描述波函數(shù)隨時(shí)間的變化方程。1.方程應(yīng)是線性微分方程 根據(jù)態(tài)迭加原理的要求，若1與2是方程的解，那么a1+b2是方程的解。這

21、是一種線性迭加，所以要求方程是線性方程。2.這個(gè)方程的系數(shù)不應(yīng)包括狀態(tài)參量(如動(dòng)量、能量) 因?yàn)榉匠痰南禂?shù)如含有狀態(tài)的參量，則方程只能被粒子的部分狀態(tài)所滿(mǎn)足，而不能被各種狀態(tài)所滿(mǎn)足。 第五十四張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月貢獻(xiàn)：量子力學(xué)找到微觀粒子在不同條件下的波函數(shù)的方法，歸結(jié)為求各種條件下薛定諤方程的解。薛定諤方程一般形式定態(tài)第五十五張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.4 原子內(nèi)電子排布第五十六張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.4.1 元素的周期規(guī)律 1869年，俄國(guó)科學(xué)家門(mén)捷列夫發(fā)現(xiàn)，元素的性質(zhì)隨其原子量的增加呈現(xiàn)周期性的變化，創(chuàng)立了元素周期表 。元素的

22、周期性反映了原子內(nèi)部電子排列的周期性。第五十七張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.4.2 電子狀態(tài)描述主量子數(shù)n角量子數(shù)l磁量子數(shù)ml 自旋量子數(shù)ms 第五十八張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月主量子數(shù)n和能量有關(guān)的量子數(shù) 用來(lái)描述原子中電子出現(xiàn)幾率最大區(qū)域離核的遠(yuǎn)近(電子所處的能級(jí))， 或者說(shuō)它決定電子層數(shù)，大致決定了電子的能量。 主量子數(shù)(n) 1 2 3 4 5 6 7 電子層符號(hào) K L M N O P Q第五十九張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月角量子數(shù)l和能量有關(guān)的量子數(shù) 電子在原子中具有確定的角動(dòng)量L，它的取值不是任意的，只能取一系列分立值，稱(chēng)為角動(dòng)量量

23、子化。 l 越大，角動(dòng)量越大，能量越高，電子云的形狀也不同。 角量子數(shù)決定電子空間運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量，以及原子軌道或電子云的形狀。對(duì)于一定的n值，l可取0,1,2,3,4,n-1等共n個(gè)值角動(dòng)量第六十張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月磁量子數(shù)ml和能量無(wú)關(guān)的量子數(shù)。描述原子軌道或電子云在空間的伸展方向。某種形狀的原子軌道，可以在空間取不同方向的伸展方向，從而得到幾個(gè)空間取向不同的原子軌道。ml取值受角量子數(shù)l取值限制， 對(duì)于給定的l值， ml= -l，.，-2，-1，0，+1，+2+l，共2l+1個(gè)值 第六十一張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月自旋磁量子數(shù)ms自旋磁量子數(shù)ms描述軌道

24、電子特征的量子數(shù)，ms=1/2 順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较虻淖孕?自旋方向的量子數(shù))自旋量子數(shù) s=1/2(表征自旋角動(dòng)量的量子數(shù) )自旋角動(dòng)量 任何電子都有相同的自旋角動(dòng)量，并在z方向的分量只取兩個(gè)數(shù)值(1/2,-1/2)，經(jīng)典物理無(wú)法接受。第六十二張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電子總角動(dòng)量軌道角動(dòng)量自旋角動(dòng)量總角動(dòng)量當(dāng)ls時(shí)，2s+1個(gè)值當(dāng)ls時(shí)，共2l+1個(gè)值因s=1/2當(dāng)l=0時(shí)， j=s=1/2 1個(gè)值當(dāng)l=1,2,3,時(shí)，j=l+1/2，j=l-1/2 兩個(gè)值第六十三張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.4.3 原子中電子殼層結(jié)構(gòu)1916年，Kossel提出了電子殼層分

25、布模型：n相同的電子處于同一殼層，n大則距離原子核越遠(yuǎn)，能量越高；同一殼層內(nèi)，l不同分為不同支殼層，l越大，相應(yīng)支殼層能量越高。 主量子數(shù)n = 1, 2, 3, 4, 5, 6 殼層符號(hào) K L M N O P 副量子數(shù)l = 0, 1, 2, 3, 4, 5 支殼層符號(hào) s p d f g h原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由四個(gè)量子數(shù)描述：第六十四張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.4.4 電子排布原理處于穩(wěn)定狀態(tài)的原子，核外電子盡可能地按能量最低原理泡利不相容原理洪特規(guī)則 第六十五張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月能量最低原理電子在原子核外排布時(shí)，要盡可能使電子的能量最低。離核

26、較近的電子具有較低的能量，隨著電子層數(shù)的增加，電子的能量越來(lái)越大；同一層中，各亞層的能量是按s、p、d、f的次序增高的。 第六十六張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月能量最低原理原子系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)每個(gè)電子趨向占有可能的最低能級(jí)。主量子數(shù)n 越低，離核越近的殼層首先被電子填滿(mǎn)。能級(jí)也與副量子數(shù)有關(guān)，有時(shí)n較小的殼層未滿(mǎn)，n較大的殼層上卻有電子填入。例：4s 和3d狀態(tài)4s n+0.7l=4+0.7*0=43d n+0.7l=3+0.7*2=4.4先填4s態(tài)能級(jí)高低由半經(jīng)驗(yàn)公式?jīng)Q定 n+0.7 l第六十七張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電子填充各殼層的次序是： 1s，2s，2p

27、，3s，3p，4s，3d，4p，5s，4d，5p，6s第六十八張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月泡利不相容原理2、如果兩個(gè)電子處于同一軌道，這兩個(gè)電子的自旋方向必定相反。第六十九張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月泡利不相容原理s亞層只有1個(gè)軌道，可以容納兩個(gè)自旋相反的電子；p亞層有3個(gè)軌道，總共可以容納6個(gè)電子；d亞層有5個(gè)軌道，總共可以容納10個(gè)電子，f亞層有7個(gè)軌道，總共可以容納14個(gè)電子。第一電子層(K層)中只有1s亞層，最多容納兩個(gè)電子；第二電子層(L層)中包括2s和2p兩個(gè)亞層，總共可以容納8個(gè)電子；第3電子層(M層)中包括3s、3p、3d三個(gè)亞層，總共可以容納18個(gè)

28、電子第n層總共可以容納2n2個(gè)電子。 第七十張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月“電子優(yōu)先占據(jù)最低能態(tài)”ZeSPDnl1021032103d3p3s 2p2s 1s n=1n=2n=3第七十一張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月洪特規(guī)則電子在原子核外排布時(shí)，將盡可能分占不同的軌道，且自旋平行。(量子力學(xué)證明，電子這樣排布可能使能量最低，所以洪特規(guī)則也可以包括在能量最低原理中)對(duì)于同一個(gè)電子亞層，當(dāng)電子排布處于 全滿(mǎn)(s2、p6、d10、f14) 半滿(mǎn)(s1、p3、d5、f7)全空(s0、p0、d0、f0)時(shí)比較穩(wěn)定。 第七十二張，PPT共八十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.4.5 電子組態(tài)電子組態(tài)：原子內(nèi)電子殼層排布的標(biāo)示。又稱(chēng)電子構(gòu)型。原子中的電子排布組成一定的殼層，例如，硅原子的電子組態(tài)是 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2，表示其14個(gè)電子中2個(gè)排布在1s態(tài)，2個(gè)排布在2s態(tài)，6個(gè)排布在2p態(tài)，2個(gè)排布在3s態(tài)和最后 2 個(gè)電子排布在3p態(tài)。電子組態(tài)清楚地顯示出核外電子的排布狀況。 第七十三張，PPT共