含能材料化學(xué)-物質(zhì)結(jié)構(gòu)ppt課件

1、 李明愉李明愉5#教學(xué)樓教學(xué)樓0528室室 68915065平常成果：平常成果：40%考試成果：考試成果：60%交作業(yè)的時間交作業(yè)的時間 ：每周二上課之前：每周二上課之前 考試：閉卷考試：閉卷什么是含能資料？含能資料(energetic materials)Energetic materials are a class of material with high amount of stored chemical energy that can be released.Typical classes of energetic materials are e.g.

2、explosives, pyrotechnic compositions, propellants (e.g. smokeless gunpowders and rocket fuels), and fuels (e.g. diesel fuel and gasoline).為什么要學(xué)？各學(xué)科專各學(xué)科專業(yè)特征業(yè)特征特種能源工程與煙火技術(shù)彈藥工程與爆炸技術(shù)平安工程含能資料的研制與性能評價含能資料的研制與性能評價火工品與煙火技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計火工品與煙火技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計熄滅及爆炸的研討熄滅及爆炸的研討彈藥與爆炸技術(shù)彈藥與爆炸技術(shù)高效毀傷技術(shù)高效毀傷技術(shù)碰撞與沖擊動力學(xué)碰撞與沖擊動力學(xué)戰(zhàn)斗部設(shè)計與終點(diǎn)效應(yīng)戰(zhàn)斗

3、部設(shè)計與終點(diǎn)效應(yīng)平安與防護(hù)技術(shù)平安與防護(hù)技術(shù)含能資料設(shè)計與評價含能資料設(shè)計與評價熄滅爆炸平安實際熄滅爆炸平安實際防火防爆技術(shù)防火防爆技術(shù)武器系統(tǒng)平安技術(shù)武器系統(tǒng)平安技術(shù)課程講授的主要目的資料設(shè)計資料設(shè)計(materials by (materials by design)design)是指經(jīng)過實是指經(jīng)過實際與計算預(yù)測際與計算預(yù)測 新資新資料的組分、構(gòu)造與料的組分、構(gòu)造與性能，或者說，經(jīng)性能，或者說，經(jīng)過實際設(shè)計來過實際設(shè)計來“訂做訂做具有特定性能的具有特定性能的新資料。新資料。講授的主要內(nèi)容講授的主要內(nèi)容原子構(gòu)造及元素性質(zhì)的周期性原子構(gòu)造及元素性質(zhì)的周期性分子的構(gòu)造與性質(zhì)分子的構(gòu)造與性質(zhì)晶體構(gòu)

4、造略講晶體構(gòu)造略講酸堿平衡與酸堿滴定法酸堿平衡與酸堿滴定法沉淀平衡與有關(guān)分析方法沉淀平衡與有關(guān)分析方法氧化復(fù)原平衡與氧化復(fù)原滴定分析氧化復(fù)原平衡與氧化復(fù)原滴定分析配位化合物與配位滴定配位化合物與配位滴定主族元素第主族元素第13，14，15章章副族元素第副族元素第16，17章章第第1章章 原子構(gòu)造及元素性質(zhì)的周期性原子構(gòu)造及元素性質(zhì)的周期性性質(zhì)性質(zhì)物理性質(zhì)物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)構(gòu)造構(gòu)造原子原子原子核原子核核外電子核外電子化學(xué)反響化學(xué)反響微觀粒子微觀粒子質(zhì)量，體積很小質(zhì)量，體積很小運(yùn)動速度很快運(yùn)動速度很快經(jīng)典力學(xué)無法描畫經(jīng)典力學(xué)無法描畫量子力學(xué)量子力學(xué)量子力學(xué)的根底是微觀世界的量子性和微觀粒子量

5、子力學(xué)的根底是微觀世界的量子性和微觀粒子運(yùn)動規(guī)律的統(tǒng)計性運(yùn)動規(guī)律的統(tǒng)計性2.2.微觀粒子的特點(diǎn)是能量變化的不延續(xù)性，即微觀粒子的特點(diǎn)是能量變化的不延續(xù)性，即量子化的，因此，要求掌握描畫原子核外電子量子化的，因此，要求掌握描畫原子核外電子運(yùn)動形狀的四個量子數(shù)；運(yùn)動形狀的四個量子數(shù)；1.1.用量子力學(xué)的觀念去了解原子核外電子運(yùn)用量子力學(xué)的觀念去了解原子核外電子運(yùn)動的特點(diǎn)；動的特點(diǎn)；3.3.掌握核外電子排布的周期性變化規(guī)律及元掌握核外電子排布的周期性變化規(guī)律及元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律，且能利用它解釋素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律，且能利用它解釋一些化學(xué)問題。一些化學(xué)問題。 v1803年英國道耳頓的原子論：原

6、子是不可分割的最年英國道耳頓的原子論：原子是不可分割的最小單元。小單元。 v1904年英國劍橋大學(xué)的年英國劍橋大學(xué)的Thomson運(yùn)用磁性彎曲技運(yùn)用磁性彎曲技術(shù)發(fā)現(xiàn)了電子。術(shù)發(fā)現(xiàn)了電子。v1911年年Thomson的學(xué)生的學(xué)生Rutherford經(jīng)過經(jīng)過粒子撞擊粒子撞擊金箔時，只需極少一部分金箔時，只需極少一部分粒子發(fā)生散射的實驗證明粒子發(fā)生散射的實驗證明了原子核的存在。了原子核的存在。 第一節(jié) 原子核外電子運(yùn)動的特征 原子由原子核質(zhì)子原子由原子核質(zhì)子+ +中子和繞核作高速運(yùn)動中子和繞核作高速運(yùn)動的電子組成。原子核好比太陽，電子好比繞太陽運(yùn)動的電子組成。原子核好比太陽，電子好比繞太陽運(yùn)動的行星

7、，電子繞核高速運(yùn)動。的行星，電子繞核高速運(yùn)動。1.繞核運(yùn)動的電子應(yīng)不停地延續(xù)輻射繞核運(yùn)動的電子應(yīng)不停地延續(xù)輻射,得到延續(xù)得到延續(xù)光譜光譜,但實踐得到的是不延續(xù)光譜。但實踐得到的是不延續(xù)光譜。2.電子應(yīng)運(yùn)動而輻射能量電子應(yīng)運(yùn)動而輻射能量,并不斷減少并不斷減少,電子運(yùn)動電子運(yùn)動的軌道半徑也將不斷減少，最終，電子墜入核的軌道半徑也將不斷減少，最終，電子墜入核內(nèi)，原子消滅。內(nèi)，原子消滅。 白光散射時，察看到可見光區(qū)的延續(xù)光譜，但白光散射時，察看到可見光區(qū)的延續(xù)光譜，但H原子受激發(fā)射所得光譜卻是不延續(xù)的線狀光譜，原子受激發(fā)射所得光譜卻是不延續(xù)的線狀光譜，可見光區(qū)有四條譜線。可見光區(qū)有四條譜線。 1913

8、 1913年，年，RutherfordRutherford的學(xué)生玻爾的學(xué)生玻爾BohrBohr在研在研討氫原子光譜在真空光電管中充入稀薄的氫討氫原子光譜在真空光電管中充入稀薄的氫氣，并高壓放電時發(fā)現(xiàn)，它是一條不延續(xù)的氣，并高壓放電時發(fā)現(xiàn)，它是一條不延續(xù)的線狀光譜。線狀光譜。 1900年，年，Plank在研討黑體輻在研討黑體輻射問題時提出了著名的量子化實際，射問題時提出了著名的量子化實際，提出物質(zhì)吸收和發(fā)射的能量是不延提出物質(zhì)吸收和發(fā)射的能量是不延續(xù)的，只能以單個的、一定分量的續(xù)的，只能以單個的、一定分量的能量，一份一份地按照這一根本分能量，一份一份地按照這一根本分量的倍數(shù)吸收或發(fā)射能量，即能量

9、量的倍數(shù)吸收或發(fā)射能量，即能量是量子化的。這種能量的最小單位是量子化的。這種能量的最小單位叫能量子，或簡稱量子叫能量子，或簡稱量子(quantum)。Max Karl Ernst Ludwig Plank 185819471918 諾貝爾物理學(xué)獎諾貝爾物理學(xué)獎nhE 比例常數(shù)比例常數(shù) h 稱為稱為Planck常數(shù)。常數(shù)。 h = 6.6261034Js; n為整數(shù)為整數(shù)(n=0, 1, 2, 3, )The photoelectric effect 愛因斯坦以為愛因斯坦以為, , 入射光本身的能量也按普朗克方程量子化入射光本身的能量也按普朗克方程量子化, , 并并將這一份份數(shù)值為將這一份份數(shù)值

10、為E E的能量叫光子的能量叫光子(photons), (photons), 一束光線就是一束光一束光線就是一束光子流子流. . 頻率一定的光子其能量都一樣頻率一定的光子其能量都一樣, , 光的強(qiáng)弱只闡明光子的多少光的強(qiáng)弱只闡明光子的多少, , 而與每個光子的能量無關(guān)而與每個光子的能量無關(guān). . 愛因斯坦對光電效應(yīng)的勝利解釋最終使光的微粒性為人愛因斯坦對光電效應(yīng)的勝利解釋最終使光的微粒性為人們所接受們所接受. 以波的微粒性概念為根底的一門學(xué)科叫量子力學(xué)以波的微粒性概念為根底的一門學(xué)科叫量子力學(xué)(quantum mechanics). 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 1905年年, 愛因斯坦愛因斯坦(Einst

11、ein A)勝利地解釋勝利地解釋了光電效應(yīng)了光電效應(yīng)(photoelectric effect), 將能量量子將能量量子化概念擴(kuò)展到光本身化概念擴(kuò)展到光本身. 對某一特定金屬而言對某一特定金屬而言,不不是任何頻率的光都能使其發(fā)射光電子是任何頻率的光都能使其發(fā)射光電子. 每種金每種金屬都有一個特征的最小頻率屬都有一個特征的最小頻率(叫臨界頻率叫臨界頻率), 低低于這一頻率的光線不論其強(qiáng)度多大和照射時于這一頻率的光線不論其強(qiáng)度多大和照射時間多長間多長, 都不能導(dǎo)致光電效應(yīng)都不能導(dǎo)致光電效應(yīng). Bohr Bohr在牛頓力學(xué)的根底上汲取了德國在牛頓力學(xué)的根底上汲取了德國PlanckPlanck的量子論

12、，提出電子等微觀粒子運(yùn)動形狀的量子論，提出電子等微觀粒子運(yùn)動形狀的變化是不延續(xù)的，是量子化的變化是不延續(xù)的，是量子化quantizedquantized的。的。 為量子為量子(quantum), (quantum), 能量的吸收與釋放只能能量的吸收與釋放只能是最小單位是最小單位 的整數(shù)倍的整數(shù)倍(n ) (n ) 。En =nhv=nhv 量子的能量取決于輻射頻率量子的能量取決于輻射頻率v v。h h為普朗克常為普朗克常數(shù)數(shù),6.626,6.626101034Js.34Js.3.躍遷假設(shè)：當(dāng)電子吸收能量時將躍遷到能量較高的定躍遷假設(shè)：當(dāng)電子吸收能量時將躍遷到能量較高的定態(tài)態(tài)(軌道軌道)，放出能

13、量時，那么躍遷到能量較低的另一個，放出能量時，那么躍遷到能量較低的另一個定態(tài)定態(tài)(軌道軌道)。 2.定態(tài)假設(shè)：電子在某一軌道上運(yùn)動時，既不吸收能定態(tài)假設(shè)：電子在某一軌道上運(yùn)動時，既不吸收能量也不發(fā)射能量量也不發(fā)射能量,處于定態(tài)處于定態(tài).其中能量最低的定態(tài)稱為其中能量最低的定態(tài)稱為基態(tài)基態(tài)(ground state)，其它能量較高的定態(tài)稱為激發(fā)態(tài)，其它能量較高的定態(tài)稱為激發(fā)態(tài)(excited state)。1.量子化假設(shè)量子化假設(shè):原子核外的電子只能在某些符合量子化原子核外的電子只能在某些符合量子化條件條件(nh/2)的軌道上運(yùn)動。的軌道上運(yùn)動。(n=1,2,3)Bohr 實際的主要內(nèi)容實際的主

14、要內(nèi)容 年輕的丹麥物理學(xué)家玻爾年輕的丹麥物理學(xué)家玻爾(Bohr N，1885-1962)于于1913年年提出的氫原子構(gòu)造的量子力學(xué)模型是基于下述提出的氫原子構(gòu)造的量子力學(xué)模型是基于下述3條假定：條假定：關(guān)于固定軌道的概念關(guān)于固定軌道的概念. 玻爾模型以為玻爾模型以為, 電子只能在假設(shè)干圓形電子只能在假設(shè)干圓形的固定軌道上繞核運(yùn)動的固定軌道上繞核運(yùn)動.因此，玻爾的氫原子模型可以籠統(tǒng)地因此，玻爾的氫原子模型可以籠統(tǒng)地稱為行星模型。稱為行星模型。 固定軌道是指符合一定條件的軌道固定軌道是指符合一定條件的軌道, 這個條這個條件是件是, 電子的軌道角動量電子的軌道角動量L只能等于只能等于h/(2)的整數(shù)

15、倍：的整數(shù)倍： 2hnmvrLBohr 實際的主要內(nèi)容實際的主要內(nèi)容式中式中 m 和和 v 分別代表電子的質(zhì)量和速度分別代表電子的質(zhì)量和速度, r 為軌道半徑為軌道半徑, h 為為普朗克常量普朗克常量, n 叫做量子數(shù)叫做量子數(shù)(quantum number), 取取1,2,3,等等正整數(shù)正整數(shù). 軌道角動量的量子化意味著軌道半徑受量子化條件軌道角動量的量子化意味著軌道半徑受量子化條件的制約的制約, 圖中示出的這些固定軌道圖中示出的這些固定軌道, 從距核最近的一條軌道從距核最近的一條軌道算起算起, n值分別等于值分別等于1,2,3,4,5,6,7. 根據(jù)假定條件算得根據(jù)假定條件算得 n = 1

16、 時時允許軌道的半徑為允許軌道的半徑為 53 pm, 這就是著名的玻爾半徑這就是著名的玻爾半徑.關(guān)于軌道能量量子化的概念關(guān)于軌道能量量子化的概念. 電子軌道角動量的量子化也電子軌道角動量的量子化也意味著能量量子化意味著能量量子化. 即原子只能處于上述條件所限定的幾即原子只能處于上述條件所限定的幾個能態(tài)個能態(tài), 不能夠存在其他能態(tài)不能夠存在其他能態(tài). 定態(tài)定態(tài)(stationary state)：一切這些允許能態(tài)之統(tǒng)稱一切這些允許能態(tài)之統(tǒng)稱.核外電子只能在有確定半徑和核外電子只能在有確定半徑和能量的定態(tài)軌道上運(yùn)動能量的定態(tài)軌道上運(yùn)動, 且不輻射能量且不輻射能量.基態(tài)基態(tài)(ground state

17、):n 值為值為 1 的定態(tài)的定態(tài).通常電子堅持在能量最低的這一基態(tài)通常電子堅持在能量最低的這一基態(tài). 基態(tài)是能量最低即最穩(wěn)定的形狀基態(tài)是能量最低即最穩(wěn)定的形狀.指除基態(tài)以外的其他定態(tài)指除基態(tài)以外的其他定態(tài). 各激發(fā)態(tài)的能量隨各激發(fā)態(tài)的能量隨 n 值增大而值增大而增高增高. 電子只需從外部吸收足夠能量時才干到達(dá)激發(fā)態(tài)電子只需從外部吸收足夠能量時才干到達(dá)激發(fā)態(tài).激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)(excited states):關(guān)于軌道能量量子化的概念關(guān)于軌道能量量子化的概念. 電子軌道角動量的量子化也電子軌道角動量的量子化也意味著能量量子化意味著能量量子化. 即原子只能處于上述條件所限定的幾即原子只能處于上述條件所

18、限定的幾個能態(tài)個能態(tài), 不能夠存在其他能態(tài)不能夠存在其他能態(tài). 玻爾模型以為玻爾模型以為, 只需當(dāng)電子從較高能態(tài)只需當(dāng)電子從較高能態(tài)(E2)向較低能態(tài)向較低能態(tài)(E1)躍遷時躍遷時, 原子才干以光子的方式放出能量原子才干以光子的方式放出能量(即即, 定態(tài)軌道定態(tài)軌道上運(yùn)動的電子不放出能量上運(yùn)動的電子不放出能量), 光子能量的大小決議于躍遷所光子能量的大小決議于躍遷所涉及的兩條軌道間的能量差涉及的兩條軌道間的能量差. 根據(jù)普朗克關(guān)系式根據(jù)普朗克關(guān)系式, 該能量差該能量差與躍遷過程產(chǎn)生的光子的頻率互成正比：與躍遷過程產(chǎn)生的光子的頻率互成正比： 關(guān)于能量的吸收和發(fā)射關(guān)于能量的吸收和發(fā)射.E = E2

19、 E = E2 E1 = E1 = h h 假設(shè)電子由能量為假設(shè)電子由能量為E1的軌道躍至能量為的軌道躍至能量為E2的軌道的軌道, 顯然顯然應(yīng)從外部吸收同樣的能量應(yīng)從外部吸收同樣的能量. 計算氫原子的電離能計算氫原子的電離能波爾實際的勝利之處波爾實際的勝利之處 解釋了解釋了 H 及及 He+、Li2+、B3+ 的原子光譜的原子光譜Wave type H H H HCalculated value/nm 656.2 486.1 434.0 410.1Experimental value/nm 656.3 486.1 434.1 410.2 闡明了原子的穩(wěn)定性闡明了原子的穩(wěn)定性 對其他發(fā)光景象如光

20、的構(gòu)成也能解釋對其他發(fā)光景象如光的構(gòu)成也能解釋 不能解釋氫原子光譜在磁場中的分裂不能解釋氫原子光譜在磁場中的分裂波爾實際的缺乏之處波爾實際的缺乏之處 不能解釋氫原子光譜的精細(xì)構(gòu)造不能解釋氫原子光譜的精細(xì)構(gòu)造 不能解釋多電子原子的光譜不能解釋多電子原子的光譜 1924 1924年，法國物理學(xué)家德布羅意年，法國物理學(xué)家德布羅意(L. de (L. de Broglie)Broglie)在光具有波粒二象性的啟發(fā)下，提出在光具有波粒二象性的啟發(fā)下，提出了電子、質(zhì)子、中子，包括原子等微觀實物粒了電子、質(zhì)子、中子，包括原子等微觀實物粒子與光一樣也有波粒二象性。子與光一樣也有波粒二象性。這些實物粒子波，稱為

21、物質(zhì)波。這些實物粒子波，稱為物質(zhì)波。問：物質(zhì)波的波長與物質(zhì)的質(zhì)問：物質(zhì)波的波長與物質(zhì)的質(zhì)量，能量是什么關(guān)系？量，能量是什么關(guān)系？ 微粒動搖性的直接證據(jù)微粒動搖性的直接證據(jù) 光的衍射和繞射光的衍射和繞射 在光的波粒二象性的啟發(fā)下，德布羅意提出一種假想.他于1924 年說： 德布羅意關(guān)系式德布羅意關(guān)系式 一個偉大思想的誕生一個偉大思想的誕生 1924年，年，Louis de Broglie以為：質(zhì)以為：質(zhì)量為量為 m ,運(yùn)動速度為運(yùn)動速度為v 的粒子的粒子,相應(yīng)的波相應(yīng)的波長為：長為：h 為為Planck 常量常量這就是著名的這就是著名的 德布羅意關(guān)系式德布羅意關(guān)系式. .“過去，對光過分強(qiáng)調(diào)波性

22、而忽視過去，對光過分強(qiáng)調(diào)波性而忽視它的粒性；如今對電子能否存在另它的粒性；如今對電子能否存在另一種傾向，即過分強(qiáng)調(diào)它的粒性而一種傾向，即過分強(qiáng)調(diào)它的粒性而忽視它的波性忽視它的波性. .燈光源燈光源sJ10626. 6/34hphmvh 1927年，年，Davissson 和和 Germer 運(yùn)用運(yùn)用 Ni 晶體進(jìn)展電子晶體進(jìn)展電子衍射實驗，證明電子具有動搖性衍射實驗，證明電子具有動搖性.(a)(b)電子經(jīng)過電子經(jīng)過A1A1箔箔(a)(a)和石墨和石墨(b)(b)的衍射圖的衍射圖 微粒動搖性的近代證據(jù)微粒動搖性的近代證據(jù) 電子的波粒二象性電子的波粒二象性 KVDMP 實驗原理實驗原理Schema

23、tic drawings of diffraction patterns by light, X- rays, and electrons燈光源燈光源X射線管射線管電子源電子源微觀粒子電子：微觀粒子電子：宏觀物體子彈：宏觀物體子彈：讓我們選一個微觀粒子和一個很小的宏觀物體進(jìn)展一項計算：讓我們選一個微觀粒子和一個很小的宏觀物體進(jìn)展一項計算： 顯然，包括宏觀物體如運(yùn)動著的壘球和槍彈等都可按德布羅意公式顯然，包括宏觀物體如運(yùn)動著的壘球和槍彈等都可按德布羅意公式計算它們的波長。由于宏觀物體的波長極短以致無法丈量，所以宏觀物計算它們的波長。由于宏觀物體的波長極短以致無法丈量，所以宏觀物體的波長就難以覺察

24、，主要表現(xiàn)為粒性，服從經(jīng)典力學(xué)的運(yùn)動規(guī)律體的波長就難以覺察，主要表現(xiàn)為粒性，服從經(jīng)典力學(xué)的運(yùn)動規(guī)律.只只需象電子、原子等質(zhì)量極小的微粒才具有與需象電子、原子等質(zhì)量極小的微粒才具有與 x射線數(shù)量級相近的波長才射線數(shù)量級相近的波長才符合德布羅意公式，然而，如此短的波長在普通條件下仍不易顯現(xiàn)出來符合德布羅意公式，然而，如此短的波長在普通條件下仍不易顯現(xiàn)出來。m = 1.0 10-2 kg, = 1.0 103 m s-1, = 6.6 10-35 m波粒二象性能否只需微觀物體才具有？波粒二象性能否只需微觀物體才具有？17631m.s1010kg,1010. 9vmm91036.7 ,1sm710m1

25、01036.7 ,1sm610mh由海森堡不確定原理海森堡不確定原理(uncertainty principle) 微觀粒子不同于宏觀物體，它們的運(yùn)動無軌跡可言，即在微觀粒子不同于宏觀物體，它們的運(yùn)動無軌跡可言，即在一確定的時間沒有一確定的位置。一確定的時間沒有一確定的位置。 海森堡的測不準(zhǔn)原理海森堡的測不準(zhǔn)原理 Heisenberg uncertainty principle 假設(shè)我們能設(shè)計一個實驗準(zhǔn)確測定微粒的位置假設(shè)我們能設(shè)計一個實驗準(zhǔn)確測定微粒的位置, 那就不能那就不能準(zhǔn)確測定其動量準(zhǔn)確測定其動量, 反之亦然反之亦然.x p h/(4) 假設(shè)我們準(zhǔn)確地知道微粒在那里假設(shè)我們準(zhǔn)確地知道微

26、粒在那里, 就不能準(zhǔn)確地知道它就不能準(zhǔn)確地知道它從那里來從那里來, 會到那里去會到那里去;假設(shè)我們準(zhǔn)確地知道微粒在怎樣運(yùn)動假設(shè)我們準(zhǔn)確地知道微粒在怎樣運(yùn)動, 就不能準(zhǔn)確地知道它此刻在那里就不能準(zhǔn)確地知道它此刻在那里.即不能夠同時測得電子的準(zhǔn)確位置和準(zhǔn)確動量即不能夠同時測得電子的準(zhǔn)確位置和準(zhǔn)確動量 ！海森堡不確定原理海森堡不確定原理(uncertainty principle) 重要暗示重要暗示不能夠存在不能夠存在 Rutherford 和和 Bohr 模模型中行星繞太陽那樣的電子軌道型中行星繞太陽那樣的電子軌道 具有波粒二象性的電子，已不再遵守經(jīng)典力學(xué)規(guī)具有波粒二象性的電子，已不再遵守經(jīng)典力學(xué)

27、規(guī)律，它們的運(yùn)動沒有確定的軌道，只需一定的空間概率律，它們的運(yùn)動沒有確定的軌道，只需一定的空間概率分布，即電子的動搖性與其微粒行為的統(tǒng)計性規(guī)律相聯(lián)分布，即電子的動搖性與其微粒行為的統(tǒng)計性規(guī)律相聯(lián)絡(luò)絡(luò). 因此因此, 實物的微粒波是概率波實物的微粒波是概率波, 性質(zhì)上不同于光波的一性質(zhì)上不同于光波的一種波種波. 動搖力學(xué)的軌道概念與電子在核外空間出現(xiàn)時機(jī)最動搖力學(xué)的軌道概念與電子在核外空間出現(xiàn)時機(jī)最多的區(qū)域相聯(lián)絡(luò)多的區(qū)域相聯(lián)絡(luò). 但是，測不準(zhǔn)關(guān)系不是限制人們的認(rèn)識限制，而是但是，測不準(zhǔn)關(guān)系不是限制人們的認(rèn)識限制，而是限制經(jīng)典力學(xué)的適用范圍，闡明微觀體系的運(yùn)動有更深限制經(jīng)典力學(xué)的適用范圍，闡明微觀體

28、系的運(yùn)動有更深化的規(guī)律在起作用，這就是量子力學(xué)所反響的規(guī)律化的規(guī)律在起作用，這就是量子力學(xué)所反響的規(guī)律. 玻爾以波的微粒性即能玻爾以波的微粒性即能量量子化概念為根底建立了量量子化概念為根底建立了他的氫原子模型他的氫原子模型. . 薛定鱷等那么以微粒動搖薛定鱷等那么以微粒動搖性為根底建立起原子的動搖力性為根底建立起原子的動搖力學(xué)模型學(xué)模型. . 量子力學(xué)量子力學(xué)( 動搖力學(xué)動搖力學(xué))模型是迄今最勝利的原子構(gòu)造模型模型是迄今最勝利的原子構(gòu)造模型, 它它是是1920年以海森堡年以海森堡(Heisenberg W)和薛定鍔和薛定鍔(Schrodinger E)為為代表的科學(xué)家們經(jīng)過數(shù)學(xué)方法處置原子中電

29、子的動搖性而建代表的科學(xué)家們經(jīng)過數(shù)學(xué)方法處置原子中電子的動搖性而建立起來的立起來的. 該模型不但可以預(yù)言氫的發(fā)射光譜該模型不但可以預(yù)言氫的發(fā)射光譜(包括玻爾模型包括玻爾模型無法解釋的譜線無法解釋的譜線), 而且也適用于多電子原子而且也適用于多電子原子, 從而更合理地闡從而更合理地闡明核外電子的排布方式明核外電子的排布方式. Heisenberg WSchrodinger E0)(822222222VEhmzyxm是電子的質(zhì)量是電子的質(zhì)量;x,y,z是電子在空間的坐標(biāo)是電子在空間的坐標(biāo);E是電是電子的總能量子的總能量;V是體系的勢能是體系的勢能,h為普朗克常數(shù)。為普朗克常數(shù)。 1926年年, E

30、.Schrodinger用量子力學(xué)的用量子力學(xué)的方法推出了著名的薛定諤方程式：方法推出了著名的薛定諤方程式：是波函數(shù)是波函數(shù)球坐標(biāo)(r,)與直角坐標(biāo)(x,y,z)的關(guān)系 222zyxrcosrz rsincosx (r,) = R(r)Y(,)坐標(biāo)變換：02：0y=rsinsinR徑向函數(shù)徑向函數(shù)Y角度函數(shù)角度函數(shù) 3.是空間坐標(biāo)是空間坐標(biāo)(x,y,z)或球坐標(biāo)或球坐標(biāo)(r,)的函數(shù)?？杀硎境傻暮瘮?shù)?？杀硎境?x,y,z)或或(r,)。1.是描畫電子運(yùn)動形狀的波函數(shù)是描畫電子運(yùn)動形狀的波函數(shù)(wave function),也是也是這個方程的解。薛定諤方程在數(shù)學(xué)上的許多解是不合這個方程的解。薛定

31、諤方程在數(shù)學(xué)上的許多解是不合理的。只需滿足特定條件的解才具有物理意義。理的。只需滿足特定條件的解才具有物理意義。 2.薛定諤方程的特定解可用限定常數(shù)薛定諤方程的特定解可用限定常數(shù)(n,l,m)來表示來表示,稱稱為量子數(shù)為量子數(shù)(quantum number)。當(dāng)量子數(shù)按一定的規(guī)那。當(dāng)量子數(shù)按一定的規(guī)那么取值并組合時么取值并組合時,所得到的波函數(shù)才是合理的。所得到的波函數(shù)才是合理的。v量子力學(xué)中把量子數(shù)按一定規(guī)那么取值的波函數(shù)稱為量子力學(xué)中把量子數(shù)按一定規(guī)那么取值的波函數(shù)稱為原子軌道原子軌道,可用一組量子數(shù)表示可用一組量子數(shù)表示(n,l,m)。 v原子軌道用以描畫單個電子能夠的運(yùn)動形狀，即電子原

32、子軌道用以描畫單個電子能夠的運(yùn)動形狀，即電子在核外空間運(yùn)動的范圍和區(qū)域并不是電子運(yùn)動的軌跡。在核外空間運(yùn)動的范圍和區(qū)域并不是電子運(yùn)動的軌跡。 v迄今不明確波函數(shù)迄今不明確波函數(shù)的物理意義的物理意義,但但|2的物理意義的物理意義是電子在空間某點(diǎn)的概率密度。是電子在空間某點(diǎn)的概率密度。v原子軌道原子軌道(n,l,m)是符合量子化條件的波函數(shù)。是符合量子化條件的波函數(shù)。波函數(shù)是描畫電子等微觀粒子運(yùn)動形狀的函數(shù)。波函數(shù)是描畫電子等微觀粒子運(yùn)動形狀的函數(shù)。 描畫原子中單個電描畫原子中單個電子運(yùn)動形狀的波函數(shù)子運(yùn)動形狀的波函數(shù)常常稱作原子軌道。原子軌道稱作原子軌道。原子軌道僅僅是波函數(shù)的代名詞，僅僅是波函

33、數(shù)的代名詞，絕無經(jīng)典力學(xué)中的軌道含絕無經(jīng)典力學(xué)中的軌道含義。嚴(yán)厲地說原子軌道在義。嚴(yán)厲地說原子軌道在空間是無限擴(kuò)展的，但普空間是無限擴(kuò)展的，但普通把電子出現(xiàn)概率在通把電子出現(xiàn)概率在99%的空間區(qū)域的界面作為原的空間區(qū)域的界面作為原子軌道的大小。子軌道的大小。 描畫出現(xiàn)時機(jī)的大小，可用小數(shù)、分?jǐn)?shù)和描畫出現(xiàn)時機(jī)的大小，可用小數(shù)、分?jǐn)?shù)和百分?jǐn)?shù)表示。百分?jǐn)?shù)表示。 H原子核外的原子核外的1個電子，基態(tài)時，在離核個電子，基態(tài)時，在離核52.9pm的球殼內(nèi)出現(xiàn)的概率最高。的球殼內(nèi)出現(xiàn)的概率最高。 指空間某點(diǎn)上出現(xiàn)的概率，也可以是概率對指空間某點(diǎn)上出現(xiàn)的概率，也可以是概率對某小區(qū)域體積的微分，即某微分體積某小

34、區(qū)域體積的微分，即某微分體積dV內(nèi)的概率。內(nèi)的概率。 drrdV概率概率密度概率概率密度體積體積|24r2dr 1s電子云的等密電子云的等密度面圖。度面圖。 數(shù)字表示曲面上數(shù)字表示曲面上的概率密度。的概率密度。 1s電子云的界面電子云的界面圖。圖。 界面內(nèi)電子的概界面內(nèi)電子的概率率90%。處于不同定態(tài)的電子的電子云圖像具有不同的特征，主要包括：處于不同定態(tài)的電子的電子云圖像具有不同的特征，主要包括：幾個根本概念幾個根本概念:電子云、電子的自旋、核外電子的能夠運(yùn)動形狀電子云、電子的自旋、核外電子的能夠運(yùn)動形狀電子云的外形電子云的外形-處在一定能層而又具有一定外形電子云的電子處在一定能層而又具有一

35、定外形電子云的電子稱為能級稱為能級(energy level)如如:1S、3S、3P、3d、4f能級。能級。電子云在核外空間擴(kuò)展程度電子云在核外空間擴(kuò)展程度-核外電子的能量大小分層稱為能核外電子的能量大小分層稱為能層層(energy shell)，如，如K、L、M、N能層能層.電子云在空間的取向電子云在空間的取向-軌道軌道orbital電子在核外空間概率密度電子在核外空間概率密度 較大的區(qū)域。較大的區(qū)域。1、電子云是電子在原子核外空間概率密度分布的籠統(tǒng)描畫。、電子云是電子在原子核外空間概率密度分布的籠統(tǒng)描畫。2、電子的自旋、電子的自旋 核外電子除了饒原子核高速運(yùn)動外，還饒本人的軸自核外電子除了

36、饒原子核高速運(yùn)動外，還饒本人的軸自旋。自旋只需旋。自旋只需2種相反的方向種相反的方向-順時針和逆時針方向。順時針和逆時針方向。3、核外電子能夠的運(yùn)動形狀、核外電子能夠的運(yùn)動形狀具有一定空間運(yùn)動形狀又有一定自旋形狀的電子稱為具具有一定空間運(yùn)動形狀又有一定自旋形狀的電子稱為具有一定運(yùn)動形狀的電子。有一定運(yùn)動形狀的電子。 決議電子在核外空間出現(xiàn)概率最大的區(qū)域離核的決議電子在核外空間出現(xiàn)概率最大的區(qū)域離核的遠(yuǎn)近，是決議電子能量的主要要素。遠(yuǎn)近，是決議電子能量的主要要素。 符號：符號：nn 1 2 3 4 光譜學(xué)符號光譜學(xué)符號 K L M N 分別表示分別表示 一一 二二 三三 四四 電子層電子層 單電

37、子原子單電子原子,如氫原子和類氫離如氫原子和類氫離子能量完全由子能量完全由n決議決議,n值越大值越大,電子電子的能量越高。的能量越高。 決議原子軌道的外形、種類和角動量，也決議電決議原子軌道的外形、種類和角動量，也決議電子的亞層數(shù)。是決議電子能量的次要要素。子的亞層數(shù)。是決議電子能量的次要要素。 符號：符號：l l 0 1 2 3 (n1) 分別稱分別稱 s l 的取值受主量子數(shù)的取值受主量子數(shù)n 的限制，只能取的限制，只能取0(n1)的的正整數(shù)。正整數(shù)。p d f 軌道軌道 n=1 l=0 1s 球形球形 l=0 3s 球形球形 n=3 l=1 3p 啞鈴形啞鈴形 l=2 3d 外形不定外形

38、不定 l=0 2s 球形球形 n=2 l=1 2p 啞鈴形啞鈴形 l 是決議軌道才干的次要要素。同一電子層中的電子可分為假是決議軌道才干的次要要素。同一電子層中的電子可分為假設(shè)干個能級設(shè)干個能級(或稱亞層或稱亞層)。角量子數(shù)。角量子數(shù)l就是決議同一電子層中不同亞就是決議同一電子層中不同亞層的。層的。 決議原子軌道在空間的伸展方向。每一個方向稱作一個原子決議原子軌道在空間的伸展方向。每一個方向稱作一個原子軌道軌道,磁量子數(shù)磁量子數(shù)m的取值受角量子數(shù)的取值受角量子數(shù)l的限制?？扇“ǖ南拗??？扇“?0、1、2、3直至直至l ,共共2l+1個數(shù)值。個數(shù)值。 角量子數(shù)角量子數(shù) 磁量子數(shù)取值磁量子數(shù)取

39、值 軌道伸展方向軌道伸展方向l=1 (p) l=2 (d) l=0 (s)一種一種m=0px,py,pz 三種三種m=0,+1,-1m=0,1,2dz2,dxz,dyz, dx2-y2,dxy等五種等五種 p 軌道(l = 1, m = +1, 0, -1) m 三種取值, 三種取向, 三條等價(簡并) p 軌道.s 軌道軌道(l = 0, m = 0 ) : m 一種取值一種取值, 空間一種取向空間一種取向, 一條一條 s 軌道軌道.d 軌道軌道(l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2) : m 五種取值五種取值, 空間五種取向空間五種取向, 五條等價五條等價(簡并簡并)

40、d 軌道軌道. f 軌道軌道 ( l = 3, m = +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 ) : m 七種取值七種取值, 空間七種取向空間七種取向, 七條等價七條等價(簡并簡并) f 軌道軌道.本課程不要求記住本課程不要求記住 f 軌道詳細(xì)外形軌道詳細(xì)外形!4 自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) ms (spin quantum number) 描畫電子繞自軸旋轉(zhuǎn)的形狀描畫電子繞自軸旋轉(zhuǎn)的形狀 自旋運(yùn)動使電子具有類似于微磁體的行為自旋運(yùn)動使電子具有類似于微磁體的行為 ms 取值取值+1/2和和-1/2，分別用，分別用和和表示表示 想象中的電子自旋想象中的電子自旋 兩種能夠的自旋方向兩種能夠

41、的自旋方向: 正向正向(+1/2)和反向和反向(-1/2) 產(chǎn)生方向相反的磁場產(chǎn)生方向相反的磁場 相反自旋的一對電子相反自旋的一對電子, 磁場相互抵消磁場相互抵消. Electron spin visualizedMagnetic fieldscreenSmall clearance spaceSilver atomic raykiln由上面的討論知道由上面的討論知道 n, l, m 一定一定, 軌道也確定軌道也確定 l 0 1 2 3Orbital s p d f例如例如: n =2, l =0, m =0, 2s n =3, l =1, m =0, 3p n =3, l =2, m =0,

42、 3d核外電子運(yùn)動核外電子運(yùn)動軌道運(yùn)動軌道運(yùn)動自旋運(yùn)動自旋運(yùn)動與一套量子數(shù)相對應(yīng)自然也有與一套量子數(shù)相對應(yīng)自然也有1個能量個能量Ei)n lm msms 決議電子的自旋方向。決議電子的自旋方向。n 決議了電子離核的遠(yuǎn)近決議了電子離核的遠(yuǎn)近(或電子層數(shù)或電子層數(shù))，也是決議原，也是決議原子軌道能量高低的主要要素。子軌道能量高低的主要要素。l 決議原子軌道外形、種類和亞層數(shù)決議原子軌道外形、種類和亞層數(shù),同時也是影響電同時也是影響電子能量的一個要素。子能量的一個要素。m 決議原子軌道的空間伸展方向，每一個伸展方向決議原子軌道的空間伸展方向，每一個伸展方向代表一個原子軌道。代表一個原子軌道。Schr

43、dinger方程與量子數(shù)方程與量子數(shù) 方程中既包含表達(dá)微粒性的物理量方程中既包含表達(dá)微粒性的物理量 m , m ,也包含表達(dá)動搖性的物理量也包含表達(dá)動搖性的物理量; 求解薛定鍔方程求解薛定鍔方程, , 就是求得波函數(shù)就是求得波函數(shù)和能量和能量 E ; E ; 解得的解得的不是詳細(xì)的數(shù)值不是詳細(xì)的數(shù)值, , 而是包括三個常數(shù)而是包括三個常數(shù) (n, l, m) (n, l, m)和三個變量和三個變量 (r,) (r,)的函數(shù)式的函數(shù)式n, l, m (r,) ;n, l, m (r,) ; 數(shù)學(xué)上可以解得許多個數(shù)學(xué)上可以解得許多個n, l, m (r,) , n, l, m (r,) , 但其物

44、理意義并非都但其物理意義并非都合理合理; ; 為了得到合了解為了得到合了解, , 三個常數(shù)項只能按一定規(guī)那么取值三個常數(shù)項只能按一定規(guī)那么取值, , 很自然地得到很自然地得到前前 三個量子數(shù)三個量子數(shù). .有合了解的函數(shù)式叫做波函數(shù)有合了解的函數(shù)式叫做波函數(shù)(Wave functions), (Wave functions), 它們它們以以 n, l, m n, l, m 的合理取值為前提。的合理取值為前提。 )(822222222VEhmzyx動搖力學(xué)的勝利動搖力學(xué)的勝利: : 軌道能量的量子化不需在建立數(shù)學(xué)關(guān)系式時事先假定。軌道能量的量子化不需在建立數(shù)學(xué)關(guān)系式時事先假定。波函數(shù)波函數(shù) =

45、= 薛定鍔方程的合了解薛定鍔方程的合了解 = = 原子軌原子軌道道 波函數(shù)角度分布圖波函數(shù)角度分布圖 ( (以氫原子以氫原子 2px 2px軌道為例軌道為例) )l 經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)畫出假設(shè)干條射線經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)畫出假設(shè)干條射線, 每條對應(yīng)一組每條對應(yīng)一組 和和 值值;l 將該組將該組和和 值代入波函數(shù)式值代入波函數(shù)式(見上見上)中進(jìn)展計算中進(jìn)展計算, 以計算結(jié)果標(biāo)以計算結(jié)果標(biāo)在該射線上某一點(diǎn)在該射線上某一點(diǎn); l 用同樣方法標(biāo)出其它射線上的點(diǎn)用同樣方法標(biāo)出其它射線上的點(diǎn),然后將一切的點(diǎn)相聯(lián)然后將一切的點(diǎn)相聯(lián),得沿得沿 x 軸伸展軸伸展 的啞鈴形面的啞鈴形面. 2cossin3),(Y波函數(shù)角度分布

46、圖+xyzzx+zx_y+_spxpypz+_xzy+_xz+y+_z+ydxydxzdyzddxy22-z2 一條軌道是一個數(shù)學(xué)函數(shù)一條軌道是一個數(shù)學(xué)函數(shù), 很難論述其詳細(xì)的物理意義。它不很難論述其詳細(xì)的物理意義。它不是行星繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的是行星繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的“orbit，不是火箭的彈道，也不是電子在，不是火箭的彈道，也不是電子在原子中的運(yùn)動途徑原子中的運(yùn)動途徑, 只能將其想象為特定電子在原子核外能夠出只能將其想象為特定電子在原子核外能夠出現(xiàn)的某個區(qū)域的數(shù)學(xué)描畫現(xiàn)的某個區(qū)域的數(shù)學(xué)描畫. 從波函數(shù)從波函數(shù) (r,)到電子云到電子云2 (r,) 我們最初引見我們最初引見“orbital概念時說概念時說

47、, 特定能量的電子在核外特定能量的電子在核外空間出現(xiàn)最多區(qū)域叫原子軌道。從電子云空間出現(xiàn)最多區(qū)域叫原子軌道。從電子云(electron clouds)角度角度講，這個區(qū)域就是云層最密的區(qū)域。講，這個區(qū)域就是云層最密的區(qū)域。 留意，電子云不是一個科學(xué)術(shù)語，而只是一種籠統(tǒng)化比喻。留意，電子云不是一個科學(xué)術(shù)語，而只是一種籠統(tǒng)化比喻。特別留意，一個小黑點(diǎn)絕不代表一個電子，將密密麻麻的小黑特別留意，一個小黑點(diǎn)絕不代表一個電子，將密密麻麻的小黑點(diǎn)看作某個特定電子在空間運(yùn)動時留下的點(diǎn)看作某個特定電子在空間運(yùn)動時留下的“腳印。腳印。o0o30o60o90o120coso180 zY2p為例：以zp2原子軌道與

48、電子云的空間圖像原子軌道與電子云的空間圖像 coscos 43),(AYY(,)原子軌道的角度分布原子軌道的角度分布 電子云圖形比相應(yīng)的角度波函數(shù)圖形瘦電子云圖形比相應(yīng)的角度波函數(shù)圖形瘦原子軌道角度分布圖原子軌道角度分布圖電子云角度分布圖電子云角度分布圖 只需軌道的種類一樣，即使主量子數(shù)只需軌道的種類一樣，即使主量子數(shù)n不同，原不同，原子軌道和電子云的角度分布圖形都完全一樣。子軌道和電子云的角度分布圖形都完全一樣。 2s軌道電子云軌道電子云問：問：2p2p軌道和軌道和3p3p軌道軌道; 3d; 3d軌道和軌道和4d4d軌道的電軌道的電子云徑向分布圖是不是一樣？子云徑向分布圖是不是一樣？表示徑向

49、電子云分布的兩種方法之一之一: 電子云徑向密度分布曲線電子云徑向密度分布曲線 (藍(lán)色曲線藍(lán)色曲線) 縱坐標(biāo)縱坐標(biāo): R2 離核越近離核越近, 電子出現(xiàn)的概率密電子出現(xiàn)的概率密 度度(單位體積內(nèi)的概率單位體積內(nèi)的概率)越大越大. (這種曲線酷似波函數(shù)分布曲這種曲線酷似波函數(shù)分布曲 線線) 2 (r,) = R 2 (r) Y 2 (,) 表示徑向電子云分布的兩種方法之二之二: 電子云徑向分布曲線電子云徑向分布曲線 (紅色曲線紅色曲線) 縱坐標(biāo)縱坐標(biāo): 4r 2 R 2 4r2R2曲線是曲線是4r 2曲線和曲線和R 2曲線曲線 的合成曲線的合成曲線. 曲線在曲線在 r =53 pm 處出現(xiàn)極大值處

50、出現(xiàn)極大值, 表表 明電子在距核明電子在距核53 pm 的單位厚度球的單位厚度球 殼內(nèi)出現(xiàn)的概率最大殼內(nèi)出現(xiàn)的概率最大. 動搖力學(xué)模型得到的半徑恰好等于動搖力學(xué)模型得到的半徑恰好等于 氫原子的玻爾半徑氫原子的玻爾半徑. 2 (r,) = R 2 (r) Y 2 (,) n=1n=2n =3n =33. n一樣一樣,l不同時不同時ns比比np多一個離核較近的峰，多一個離核較近的峰，np又又比比nd多一個離核較近的峰。多一個離核較近的峰。1. 徑向分布圖中有徑向分布圖中有nl個峰，例如，個峰，例如，3s有有3個，個， 2p有有1個，個，3p有有2個，個，3d有有1個峰。個峰。2. 角量子數(shù)角量子數(shù)

51、l一樣，主量子數(shù)一樣，主量子數(shù)n不同時，不同時，n越大，主越大，主峰離核越遠(yuǎn)；峰離核越遠(yuǎn)；n越小，主峰離核越近。越小，主峰離核越近。小結(jié)：小結(jié)： n：決議電子云的大小：決議電子云的大小 l：決議電子云的外形：決議電子云的外形 m：決議電子云的伸展方向：決議電子云的伸展方向 一個原子軌道可由一個原子軌道可由n,l,m 3個量子數(shù)確定。個量子數(shù)確定。 一個電子的運(yùn)動形狀必需用一個電子的運(yùn)動形狀必需用n,l,m,ms 4個個量子數(shù)描畫。量子數(shù)描畫。第三節(jié)第三節(jié) 核外電子的排布核外電子的排布 什么叫屏蔽作用？對一個指定的電子而言，它會遭到來自內(nèi)什么叫屏蔽作用？對一個指定的電子而言，它會遭到來自內(nèi)層電子

52、和同層其它電子負(fù)電荷的排斥力，這種球殼狀負(fù)電荷像層電子和同層其它電子負(fù)電荷的排斥力，這種球殼狀負(fù)電荷像一個屏蔽罩，部分阻隔了核對該電子的吸引力。一個屏蔽罩，部分阻隔了核對該電子的吸引力。 通常將其它電子對指定電子的排通常將其它電子對指定電子的排斥作用歸結(jié)為對核電荷斥作用歸結(jié)為對核電荷(Z)的抵消，的抵消，從而使有效核電荷從而使有效核電荷(Z*)降低。抵消降低。抵消的核電荷數(shù)稱為屏蔽常數(shù)的核電荷數(shù)稱為屏蔽常數(shù) 。)J()(1018.22218nZEn 多電子原子：多電子原子：不同電子層：不同電子層：屏蔽作用大小順序：屏蔽作用大小順序：KLMN Ens Enp Endnp nd nf 能量的交錯遵

53、照：能量的交錯遵照：如：如：E6s E4f E5d E6pEns E(n2)f E(n1)d Enp 穿透景象可導(dǎo)致：穿透景象可導(dǎo)致：n大大l小的電子如小的電子如4s電電子的能量低于子的能量低于n小小l大的電子如大的電子如3d電子。于是電子。于是層與層之間出現(xiàn)了能量的交錯，這種景象叫層與層之間出現(xiàn)了能量的交錯，這種景象叫能量交錯。能量交錯。1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p徐光憲閱歷公式徐光憲閱歷公式E=n+0.7 l 通常把通常把(n0.7l)值第一位數(shù)字一樣的值第一位數(shù)字一樣的(即能即能量相近量相近)原子軌道合并為一個能級組，并按照第原子軌道合并為一個能級組，并按

54、照第一位數(shù)字稱為第幾能級組。一位數(shù)字稱為第幾能級組。E4s=4、E3d=4.4、E4p=4.7,第一位數(shù)均為第一位數(shù)均為4，合并為第四能級組。合并為第四能級組。2s、2p的的n+0.7l值分別為值分別為2、 2.7，第一位數(shù)均，第一位數(shù)均為為2屬于第二能級組。屬于第二能級組。E3s=3、E3p=3.7屬于第三能級組。屬于第三能級組。多電子原子軌道能級多電子原子軌道能級 E1s E2s E3s E4s Ens Enp End Enf “能級分能級分裂裂 E4s E3d E4p “能級交錯。能級交錯。 l 一樣的能級的能量隨一樣的能級的能量隨 n 增大而升高。增大而升高。 n 一樣的能級的能量隨一

55、樣的能級的能量隨 l 增大而升高。增大而升高。 基態(tài)原子中，電子總是盡先占據(jù)能量最基態(tài)原子中，電子總是盡先占據(jù)能量最低的原子軌道。低的原子軌道。1.能量最低原理能量最低原理2.保里保里(WPauli)不相容原理不相容原理 一個原子中不允許有兩個電子一個原子中不允許有兩個電子處于完全一樣的運(yùn)動形狀，也就是處于完全一樣的運(yùn)動形狀，也就是說，在同一個原子軌道中最多只能說，在同一個原子軌道中最多只能包容兩個自旋方向相反的電子包容兩個自旋方向相反的電子 。1在填充簡并軌道時，電子盡能夠單獨(dú)占在填充簡并軌道時，電子盡能夠單獨(dú)占有空軌道，且自旋方向一樣。有空軌道，且自旋方向一樣。2簡并軌道處于全充溢簡并軌道

56、處于全充溢(如如p6,d10,f14)、半、半充溢充溢(如如p3,d5,f7)或全空或全空(如如p0,d0,f0)形狀時，體形狀時，體系處于能量較低的穩(wěn)定形狀。系處于能量較低的穩(wěn)定形狀。 7N軌道式軌道式 8O軌道式軌道式 9F軌道式軌道式 2262651Cr 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s：半滿全滿規(guī)那么：C：1s2 2s2 2p2154s3dArHe、Ar原子芯101Ar 3d 4s N：He 2s2 2p31s2s2pZ=24Z=29Cu：全滿：p6，d10，f14；半滿：p3，d5，f7；全空：p0，d0，f0。2. 基態(tài)原子的核外電子排布基態(tài)原子的核外電子排布 基態(tài)原子的核

57、外電子在各原子軌道基態(tài)原子的核外電子在各原子軌道上排布順序：上排布順序：1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f,6d,7p出現(xiàn)出現(xiàn)d軌道時，按照軌道時，按照ns,(n-1)d,np順序排布；順序排布；d,f軌道均出現(xiàn)時，按照軌道均出現(xiàn)時，按照ns, (n-2)f,(n-1)d,np順序排布。順序排布。Z=11，Na：1s22s22p63s1或或Ne 3s1 ，Z=20，Ca：1s22s22p63s23p64s2或或Ar 4s2 ，Z=50，Sn： Kr 4d105s2 5p2，Z=56，Ba： Xe 6s2 。價電子：價電子：例如：

58、例如：Sn的價電子排布式為：的價電子排布式為： 5s2 5p2 。3d44s21s22s22p63s23p63d54s1錯錯對對Ar原子實原子實1s22s22p63s23p6 Ar3d104s1錯錯對對24Cr：1s22s22p63s23p629Cu：3d94s2元素的周期元素的周期元素周期表中的七個周期分別對應(yīng)元素周期表中的七個周期分別對應(yīng)7個能級組個能級組周周期期特點(diǎn)特點(diǎn)能級能級組組對應(yīng)的對應(yīng)的能級能級原子原子軌道數(shù)軌道數(shù)元素數(shù)元素數(shù)一一二二三三四四五五六六七七特短周期特短周期短周期短周期短周期短周期長周期長周期長周期長周期特長周期特長周期不完全周期不完全周期12345671s2s2p3s

59、3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6p7s5f6d7p144991616288181832應(yīng)有應(yīng)有32元素的族元素的族 第第1，2，13，14，15，16和和17列為主族，列為主族，即即,A,A,A,A,A,A,A。 主族：族序數(shù)主族：族序數(shù)=價電子總數(shù)價電子總數(shù) 稀有氣體稀有氣體(He除外除外)8e為為A,通常稱為零族，通常稱為零族， 第第37，11和和12列為副族。列為副族。即即, B,B,B,B,B,B和和B。 前前5個副族的價電子數(shù)個副族的價電子數(shù)=族序數(shù)。族序數(shù)。 B,B根據(jù)根據(jù)ns軌道上電子數(shù)劃分。軌道上電子數(shù)劃分。 第第8,9,10列元素稱為列元素稱為族，價電子排布族，價電

60、子排布n-1)d6-8ns2。1.周期表分周期表分7行，每行表示一個周期。行，每行表示一個周期。2.每族具有根本一樣的外層電子排布。主族的族每族具有根本一樣的外層電子排布。主族的族數(shù)最外層電子數(shù)數(shù)最外層電子數(shù)ns+np。副族元素情況比較復(fù)雜：副族元素情況比較復(fù)雜： BB的族數(shù)等的族數(shù)等于價電子數(shù)于價電子數(shù)n1dns ； BB的族的族數(shù)等于數(shù)等于ns電子數(shù)；電子數(shù)； 第第族族 規(guī)律性較差。規(guī)律性較差。3.稀有氣體核外電子全滿，稱為稀有氣體核外電子全滿，稱為0族元素。族元素。 元素所在周期數(shù)電子層數(shù)元素所在周期數(shù)電子層數(shù)n最外層電子最外層電子能參與成鍵的電子能參與成鍵的電子區(qū)區(qū) 外層電子構(gòu)造特點(diǎn)外