第六章+原子結構與周期系1.ppt

1、第六章 原子結構與周期系,一、引言,1. 研究對象,研究物質(zhì)如原子、分子、晶體等的組成、結構和性能,2. 學習目的,理解化學反應的本質(zhì)，發(fā)現(xiàn)、制取符合需要的物質(zhì),1. 單電子原子(離子)結構 (1) 量子力學的建立 經(jīng)典物理學的困難 黑體輻射，麥克爾遜實驗 光電效應， 氫原子光譜,二、原子結構,1913年，波爾學說, 量子力學的建立,1900年 普朗克（45歲）-量子化效應1918年Nobel獎,1927年 海森堡（26歲）-矩 陣 力學1932年Nobel獎,1927年 薛定諤（40歲）-波 動 力學1933年Nobel獎,1929年 狄拉克（29歲）-量 子 力學1933年Nobel獎,1

2、913年 玻 爾 （28歲）-玻爾學說 1922年Nobel獎, 微觀粒子的波粒二象性,經(jīng)典的波性：、 服從波動方程 經(jīng)典的粒性：m、 p 服從牛頓方程 波粒二象性：同時具有波性、粒性,波性表現(xiàn)：發(fā)生衍射 區(qū)別：不為振動的傳播，是波強與出現(xiàn)幾率成正比的幾率波,粒性表現(xiàn)：有 m, p, E 區(qū)別：無確定軌跡，只有幾率分布規(guī)律,2. 原子中電子運動狀態(tài)的描述,(1) 薛定諤(Schrdinger)方程,m 電子的質(zhì)量 x、y、z 電子的坐標 V 勢能 E 總能量 h 普朗克常數(shù) (x,y,z) 描述單電子原子的電子運動狀態(tài)的波函數(shù), 的物理意義 (x, y, z):電子在核外運動的狀態(tài) U2 (x

3、, y, z, t) 電磁波波強 2 (x, y, z, t) 電子波波強 2 (x, y, z):空間某點附近單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)幾率的大小,(2) 波函數(shù),坐標變換 (x, y, z) (r,) 分離變量 (r,) R(r)Y(,) 分別求解 R(r) ，Y(,) 合并R 解和Y 解, 波函數(shù) 的獲得,n,l,m（r,）= ,Z：核電荷數(shù)（H=1）,a00.529, 波函數(shù)的標準條件,單值 連續(xù) 平方可積,波函數(shù)的合格形式,n = 1, 2, 3, 4, l = 0, 1, 2, 3, n-1 s p d f m = 0, 1, 2, 3 l,三個量子數(shù)描述核外電子運動的可能狀態(tài),m = 0

4、,l = 0,n = 1,1s,100,一個1s軌道,m = 0,l = 0,n = 2,一個2s軌道,2s,200,l = 1,m = 0 , 1,210,2pz,三個2p軌道,n = 3,m = 0,l = 0,l = 1,m = 0 , 1,一個3s軌道,三個3p軌道,五個3d軌道,l = 2,m = 0 , 1,2,3s,3p,3d,n = 4 ?,七個4f 軌道,l = 3,m = 0 , 1,2 ,3,4f,E = - (z2/ n2)1312 kJmol-1,單電子原子(離子)能級, 單電子原子(離子)波函數(shù), 單電子原子(離子)波函數(shù)和電子云圖形, n, l, m (r,) =

5、 Rn, l (r) Yl, m (,),Rn, l (r) 徑向部分 平面圖,Yl, m (,) 角度部分 立體圖,Yl, m (,) , 波函數(shù)角度分布圖,Rn, l (r) r 波函數(shù)徑向分布圖,單電子原子波函數(shù),1) 波函數(shù)角度分布圖,作圖方法：,Yl, m (,) -, 作用,(o) 0 30 60 90 120 150 180 cos 1 0.866 0.500 0 -0.500 -0.866 -1 Ypz 0.489 0.423 0.244 0 -0.244 -0.423 -0.489,+,角度分布圖畫法,x,z,_,x,z,角度分布圖立體圖,s, p, d 波函數(shù)的角度分布圖,

6、圖形說明,正負號可以互換，代表同一個狀態(tài)，為Y 值的正負， Y圖代表波函數(shù)的伸展方向； l 不同，圖的形狀不同，m 不同，圖空間取向不同； n 與圖形無關 坐標原點到球殼的距離代表同一球面不同方向上 的變化情況，即只說明 |Y | 的大小，不說明電子運動軌跡,圖形意義：同一球面不同方向上值的變化情況,2) 電子云(幾率密度)的角度分布圖,作圖方法：,Yl, m2 (,) -, 作用,p軌道電子云的角度分布圖,d 軌道電子云的角度分布圖,s、p、d 軌道電子云的角度分布圖,圖形說明：無正負號，圖比 Y 圖瘦 (與Y圖不同) l 不同，圖形狀不同；m 不同，圖空間取 向不同，n與圖形狀無關 (與Y

7、圖不同),圖形意義:同一球面不同方向上幾率密度的變化情況,3) 電子云徑向分布圖,作圖法：,R2n, l (r) - r 作圖,圖形意義：給定方向上幾率密度隨 r 的變化情況,4) 電子云圖 (幾率密度圖), 2nlm （r） R2n l（r）Y2l m（）,圖形說明,l 不同，圖形狀不同；m 不同，圖空間取向不同；l, m 相同， n 不同，圖形狀亦不同 不能反映電子出現(xiàn)幾率的大小,圖形意義:幾率密度在空間的發(fā)布情況，用黑點的 疏密表示幾率密度的大小,5) 徑向分布函數(shù)圖,r 遠的球殼的體積為4p r2dr |24p r2dr = Rn,l24p r2dr =D(r)dr,徑向分布函數(shù):幾率

8、 = 幾率密度 體積,作圖法： D(r) - r 作圖,圖形說明,電子運動無固定軌跡，只有幾率分布規(guī)律,電子經(jīng)常出現(xiàn)的區(qū)域離核越遠，能量越高,n 相同,l 越小的電子在核附近出現(xiàn)的幾率越大,圖形意義：,距離核為r,單位厚度球殼內(nèi)電子出現(xiàn)的幾率,單電子原子（離子）波函數(shù)和電子云圖,量子數(shù)的物理意義,n 主量子數(shù),n = 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7正整數(shù),K，L，M，N，O，P，Q 電子層,n 決定電子離核遠近和能量,l 角量子數(shù),l = 0, 1, 2, 3 n-1,s， p， d, f 電子亞層,l 決定角動量大小和原子軌道或電子云的形狀,球 啞鈴 花瓣,m 磁量子數(shù),m 決定角動量在磁場方向的分量，表示電子云在空間的伸展方向,三個量子數(shù)(n, l, m)決定的波函數(shù)-軌道波函數(shù),ms 自旋量子數(shù),電子的自旋狀態(tài)有兩種：,+1/2 -1/2,ms:,主量子數(shù) n,角量子數(shù) l,磁量子數(shù) m,自旋量子數(shù) ms,完整波函數(shù),結 論,描述電子運動的狀態(tài),假設氫原子的電子是處于 狀態(tài)，,該電子處于第 電子層， 電子層； 亞層； 軌道