第1章原子結(jié)構(gòu)與周期表1

1、在在83歲高齡時(shí)正式啟動(dòng)歲高齡時(shí)正式啟動(dòng)測(cè)定測(cè)定10項(xiàng)原子量新值的項(xiàng)原子量新值的研究課題，歷時(shí)研究課題，歷時(shí)12年于年于2002年勝利完成，這年勝利完成，這10項(xiàng)原子量新值都已被項(xiàng)原子量新值都已被國(guó)際國(guó)際CAWIA正式確認(rèn)正式確認(rèn)為原子量的國(guó)際新標(biāo)準(zhǔn)。為原子量的國(guó)際新標(biāo)準(zhǔn)。4. 巴爾麥巴爾麥( J. Balmer) 經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式(1885) 歸納與總結(jié)的能力歸納與總結(jié)的能力 ：譜線波長(zhǎng)：譜線波長(zhǎng) n：譜線編號(hào)：譜線編號(hào)里得堡里得堡(Rydberg) -瑞典瑞典 1913 : 譜線波長(zhǎng)的倒數(shù)譜線波長(zhǎng)的倒數(shù), 波數(shù)波數(shù)(cm-1). n:大于大于2的正整數(shù)的正整數(shù).RH：里德堡常數(shù)：里德堡常數(shù)

2、, 1.09677576 107m-1 400.364622nn)121(122nRvH n = 3, 4 , 5, 6 分別對(duì)應(yīng)氫光譜中分別對(duì)應(yīng)氫光譜中 H 、H 、H 、H 、 Balmer系系進(jìn)一步修改：進(jìn)一步修改： n1=1 萊曼萊曼Lyman 線系線系 氫的紫外光譜氫的紫外光譜n1=2 巴爾麥巴爾麥Balmer線系線系 氫的可見光譜氫的可見光譜n1=3 帕辛帕辛Pachen線系線系 氫的紅外光譜氫的紅外光譜存在的矛盾：存在的矛盾：1.核外電子不會(huì)毀滅核外電子不會(huì)毀滅2.原子光譜是不連續(xù)的，是線狀的原子光譜是不連續(xù)的，是線狀的)11(12221nnRH2、定態(tài)假設(shè)、定態(tài)假設(shè):電子在軌道

3、上運(yùn)行具有一定的能電子在軌道上運(yùn)行具有一定的能量，量，不吸收也不放出能量不吸收也不放出能量，即處于，即處于定態(tài)定態(tài)。能量。能量最低的狀態(tài)稱最低的狀態(tài)稱基態(tài)基態(tài)，當(dāng)從外界獲取能量時(shí)電子，當(dāng)從外界獲取能量時(shí)電子處于處于激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)。 3.量子化條件：氫原子核外電子的軌道不是連續(xù)的，量子化條件：氫原子核外電子的軌道不是連續(xù)的，而是分立的，在軌道上運(yùn)行的電子具有一定的角而是分立的，在軌道上運(yùn)行的電子具有一定的角動(dòng)量（動(dòng)量（L=mvr m電子質(zhì)量；電子質(zhì)量；v電子線速度；電子線速度；r電子電子線性軌道半徑），線性軌道半徑），L只能只能按下式取值：按下式取值： n=1,2,3,4,5 4.躍遷規(guī)則：電子吸

4、收光子會(huì)躍遷到激發(fā)態(tài)，反之，躍遷規(guī)則：電子吸收光子會(huì)躍遷到激發(fā)態(tài)，反之，激發(fā)態(tài)的電子會(huì)放出光子返回基態(tài)或較低激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)的電子會(huì)放出光子返回基態(tài)或較低激發(fā)態(tài)。光子的能量為躍遷前后兩個(gè)能級(jí)的能量之差。光子的能量為躍遷前后兩個(gè)能級(jí)的能量之差。2hnL )11(2221nnBE)11(12221nnhcBhvmcE23. 測(cè)不準(zhǔn)原理：海森堡提出測(cè)不準(zhǔn)原理：海森堡提出1926年年 (Werner Heisenberg, 1901-1976) 不能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量微觀粒子的位置和動(dòng)量不能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量微觀粒子的位置和動(dòng)量測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式：測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式： x ：粒子的位置不確定量：粒子的位置不確定量 ：粒子的運(yùn)動(dòng)

5、速度不確定量：粒子的運(yùn)動(dòng)速度不確定量mhxhPx44或23341001. 0101014. 3410 6.621291027. 5sm 對(duì)宏觀物體可同時(shí)測(cè)定位置與速度xmh4例例2: 對(duì)于微觀粒子如電子對(duì)于微觀粒子如電子, m = 9.11 10-31 kg, 運(yùn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)速度v= 2.18 107 m/s，速度測(cè)量偏差小到，速度測(cè)量偏差小到1%，則其位移的，則其位移的測(cè)量偏差為：測(cè)量偏差為：mvhx4pmm2601026001. 01018. 21011. 914. 3410 6.621273134氫原子的波爾半徑為氫原子的波爾半徑為53pm，相比之下，位移測(cè)量偏差過(guò)大，相比之下，位移測(cè)量偏

6、差過(guò)大Erwin Schrodinger , 薛定諤薛定諤奧地利物理學(xué)家奧地利物理學(xué)家1887-1961 量子力學(xué)中描述核外電子量子力學(xué)中描述核外電子 在空間運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)函數(shù)式，即在空間運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)函數(shù)式，即原子軌道原子軌道 E軌道能量（動(dòng)能與勢(shì)能總和軌道能量（動(dòng)能與勢(shì)能總和 ）m微粒質(zhì)量，微粒質(zhì)量，h普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)x,y, z 為微粒的空間坐標(biāo)為微粒的空間坐標(biāo) (x,y,z) 波函數(shù)，波函數(shù)， 可以有多個(gè)解，即電子可以有可以有多個(gè)解，即電子可以有多種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)多種運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 由由n， l ，m三個(gè)量子數(shù)決定三個(gè)量子數(shù)決定0)(822222222VEhmzyx2 四個(gè)量子數(shù)：四個(gè)量子數(shù)：(1)

7、主量子數(shù)主量子數(shù)n：n = 1, 2, 3正整數(shù)，它決正整數(shù)，它決 定電子能量定電子能量 n相同的軌道屬同一相同的軌道屬同一能層能層 (符號(hào)：符號(hào)：K L M N O P Q)(2) 角量子數(shù)角量子數(shù)l：l = 0, 1, 2, 3n-1，以，以s，p，d，f， g表表示對(duì)應(yīng)的示對(duì)應(yīng)的能級(jí)能級(jí)，l 決定了原子軌道決定了原子軌道 的形狀和多電子原子軌的形狀和多電子原子軌道能量道能量(3) 磁量子數(shù)磁量子數(shù)m： m = 0, 1, 2, 3. l，共可取，共可取2l + 1個(gè)值個(gè)值決定原子軌道在空間的不同伸展方向，一種取向相當(dāng)于一決定原子軌道在空間的不同伸展方向，一種取向相當(dāng)于一個(gè)軌道個(gè)軌道一個(gè)確

8、定的一個(gè)確定的 n l m，表示電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，稱為一個(gè)表示電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，稱為一個(gè)“原子軌道原子軌道”3.四個(gè)量子數(shù)描述核外電子運(yùn)動(dòng)的可能狀態(tài)四個(gè)量子數(shù)描述核外電子運(yùn)動(dòng)的可能狀態(tài) 例：例： n 取值取值 l取值取值 m取值取值 原子軌道原子軌道 軌道數(shù)軌道數(shù) n = 1 l = 0， m = 0 1s 1 n = 2 l = 0， m = 0 2s 1 l = 1， m = 0 , 1 2p 3n = 3 l = 0， m = 0 3s 1 l = 1 m = 0 , 1 3p 3 l = 2 m = 0 , 1， 2 3d 5 n = 4 ?n 取值取值 l取值取值 m取值取值 原

9、子軌道原子軌道 軌道數(shù)軌道數(shù)n = 4 l = 0，m = 0 4s 1 l = 1 m = 0 , 1 4p 3 l = 2 m = 0 , 1， 2 4d 5 l = 3 m = 0 , 1， 2 ， 3 4f 7 在同一原子中，不可能存在四個(gè)量子數(shù)完在同一原子中，不可能存在四個(gè)量子數(shù)完 全相同的電子全相同的電子4. 與概率的關(guān)系與概率的關(guān)系 沒有明確的物理意義，但是沒有明確的物理意義，但是 2 有明確物理有明確物理意義意義 在核外空間某處體積為在核外空間某處體積為d 的空間內(nèi)出現(xiàn)電子的概的空間內(nèi)出現(xiàn)電子的概率和率和 2 成正比成正比 d= 2 d 2 代表了核外電子的概率密度，即在單位體

10、代表了核外電子的概率密度，即在單位體積內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)電子的概率。積內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)電子的概率。 (n,l,m)(x,y,z) ( ， ， ) (n,l,m)(x,y,z) = R(n,l)(r) Y(l,m)( ， )直角坐標(biāo)與球坐標(biāo)兩者的關(guān)系為直角坐標(biāo)與球坐標(biāo)兩者的關(guān)系為x = r sin cos y = r sin sin z = r cos 222zyxr yxoPP ry( r， ， ) = R ( r ) Y ( , )R ( r )稱為徑向分布函數(shù)稱為徑向分布函數(shù)Y ( , )稱為角向分布函數(shù)稱為角向分布函數(shù)用用Y ( , )對(duì)對(duì) 和和 作圖得到波函數(shù)的角向分布圖作圖得到波函數(shù)的角向分布圖坐標(biāo)變換后，得到的球坐標(biāo)體系的坐標(biāo)變換后，得到的球坐標(biāo)體系的 Schrdinger 方程方程s s、p p、d d 軌道角度部分剖面圖軌道角度部分剖面圖s s、p p、d d 軌道角度部分剖面圖（軌道角度部分剖面圖（2 2）氫原子的氫原子的R R（r r）rr圖圖P137 圖7-7 電子云角度分布圖電子云角度分布圖Y2( ， )5.概率的徑向分