醫(yī)用化學(xué)學(xué)習(xí)課件5b325d原子結(jié)構(gòu)總結(jié)

現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)理論波粒二像性海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理λ

=

h

=

hp

mv4pDx

DP

?

h

電子波是概率波，衍射圖像上，亮斑強(qiáng)度大的地方，電子出現(xiàn)的概率大。測(cè)不準(zhǔn)原理表明微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不存在確定的運(yùn)動(dòng)軌跡。波函數(shù)描述了電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，該運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可視為一個(gè)原子軌道。薛定諤方程Y

(n,l,m)(x,y,z)

=

R(n,l)(r)

·Y(l,m)(q，j)n,l,m三個(gè)量子數(shù)的取值和組合一定時(shí)，才能確定一個(gè)合理的波函數(shù)。運(yùn)用量子數(shù)的組合就可以方便的了解原子軌道，而不必去記憶波函數(shù)復(fù)雜的數(shù)學(xué)式。量子數(shù)名稱符號(hào)取值表示指明主量子數(shù)n1,

2,

3,4…K,L,M,N能層尺寸，與能量有關(guān)角量子數(shù)l0,

1,2…

,

n-1s,p,d,f能級(jí)形狀，與能量有關(guān)磁量子數(shù)m0,

–1,

–2,

…

,–

l軌道方向，與能量無關(guān)自旋量子數(shù)ms+1/2,

-1/2自旋狀態(tài)自旋方向自旋量子數(shù)不是解方程的過程中引進(jìn)主量子數(shù)n角量子數(shù)l磁量子數(shù)m自旋磁量子數(shù)ms電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)取值取值能級(jí)符號(hào)取值原子軌道取值符號(hào)符號(hào)總數(shù)303s03s9±

1/2fl?1813p03pz±

1/2±

1/2±

1/2fl?fl?fl?±13px3py23d03dz2±

1/2±

1/2±

1/2±

1/2±

1/2fl?fl?fl?fl?fl?±1±23dxz3dyz3d

2

2x

-y3dxz多電子原子核外電子排布1s2

<2s2

<2p6<

3s2<

3p6<

4s2<

3d10<

4p6Pauli不相容原理能量最低原理Hund規(guī)則全充滿半充滿規(guī)則6波函數(shù)的空間圖形波函數(shù)是一種比較復(fù)雜的函數(shù)，使用它們的函數(shù)圖象來討論問題則更為直觀方便。由于波函

數(shù)形式多樣，使得其對(duì)應(yīng)的圖形也有多種形式，歸納起來有波函數(shù)（原子軌道）系列和電子云

系列的兩大系列，每個(gè)系列又分為角度分布圖、徑向分布圖和空間分布圖三種圖形。Y

(n,l,m)(r,

q，j)

=

R(n,l)(r)

·Y(l,m)(q，j)72代表電子在空間某點(diǎn)的波的強(qiáng)度，而光y2波的強(qiáng)度與光子的密度成正比，因此y

的幾何圖形可以直觀的表示電子幾率密度的大小，俗稱電子云。83、波函數(shù)和電子云的角度分布圖（1）波函數(shù)的角度分布圖為波函數(shù)（原子軌道）的角度分布圖，它反映了波函數(shù)的大小隨角度的變化情況。（2）電子云的角度分布圖形稱為電子云的角度分布圖，它反映了電子云隨角度變化的情況。將角度波函數(shù)Yl

,m

(q,f對(duì)角度（

q,j

）所作的圖形稱2將電子云角度部分Yl

,m

(q,f)對(duì)角度（

q,j

）所作的圖9特別注意?。?！分解得到的任何圖形都只是從某一側(cè)面描述軌道或電子云的特征，而決不是軌道或電子云的完整圖形！最常見的一種錯(cuò)誤是把波函數(shù)角度分布圖Y(θ,φ)說成是原子軌道。（1）波函數(shù)的角度分布圖（原子軌道角度分布圖）是波函數(shù)角度部分Y

l,

m

(q,f)隨q,f變化的圖象氫原子的若干波函數(shù)y軌道y(

r,

q,

f

)R(

r

)Y(

q,

f

)1s2s2pz0e10πa3-r/a0e120a3-r/a4p100a1

14

2πa3(

2

-

r

)e-r/

2a0001a8πa3(

2

-

r

)e-r/

2a04p1cosθ1

14

2πa3

a0

0(

r

)e-r/

2a00124a3e-r/

2a04π3

cosθ軌道Y

(r,

q,

f)Rn,l(r)0πa31

e-r/a00a321

e-r/a04πYl,m(q,

f)1（1）表達(dá)式：（2）作圖：Yl,m與n無關(guān)，所有的s原子軌道角度分布圖是一個(gè)半徑為的球面，符號(hào)為正。4π14π11,mY

=1szxy+s軌道角度分布圖θ0°30°60°90°120°150°180°cosθ10.8660.50-0.5-0.866-1YPz0.4890.4230.2440-0.244-0.423-0.489Z2pz軌道Y

(r,

q,

f)Rn,l(r)Yl,m(q,

f)1

14

2πa3

a0

0(

r

)e-r/

2a0

cosθ0124a3e-r/

2a04π3

cosθp軌道角度分布圖p軌道角度分布圖正負(fù)號(hào)以及函數(shù)的極大值空間取向?qū)?duì)原子之間能否成鍵及成鍵的方向性起著重要作用。zxy2px+-zxy2p

y+-zxy2pz-+P軌道的l=1，m=-1,0,+1，表示p軌道有三個(gè)取向，即：px、py、pz15d軌道角度分布圖xydzxy+--+d

yzxyz++--xzdxy-z+

-+d

2

2x

-

yy+z+--d

2zx

xyz+-

-+d軌道l=2，m=-2,-1,0,+1,+2，表示d軌道有五個(gè)不同空間取向16（2）電子云的角度分布圖實(shí)線部分---原子軌道角度分布虛線部分---電子云的角度分布圖是Yn,l

,m

(q,f)2隨q,f變化的圖象答：在物理意義方面，原子軌道是描述核外電子空間運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式；而電子云是電子在核外空間出現(xiàn)的幾率密度分布的形象化描述。在角度分布圖形方面，它們的圖形形狀基本相同，波函數(shù)圖形比相應(yīng)的電子云胖一些，波函數(shù)圖形有正負(fù)號(hào)，而電子云都是正值。它們的聯(lián)系是波函數(shù)的平方|ψ|2即為電子云。1717請(qǐng)比較原子軌道(也稱波函數(shù))和電子云在物理意義和角度分布圖形方面的不同以及聯(lián)系問題182.徑向分布圖徑向部分的圖形有三種：R(r)-r圖，即波函數(shù)徑向分布圖圖|R

(r)|2-r圖，即電子云徑向密度函數(shù)圖D(r)-r圖，即徑向分布函數(shù)圖Y

(n,l,m)(x,y,z)

=

R(n,l)(r)

·Y(l,m)(q，j)19（1）波函數(shù)的徑向分布圖將徑向波函數(shù)R（ｒ）對(duì)半徑ｒ所作的圖形稱為波函數(shù)（原子軌道）的徑向分布圖。圖

部分原子軌道的徑向分布圖（2）電子云的徑向密度圖將徑向波函數(shù)|R

(r)|2對(duì)半徑ｒ所作的圖形稱為電子云的徑向密度函數(shù)圖。氫原子電子云的徑向密度|R

(r)|2圖電子云的分布圖（黑點(diǎn)圖）①在r=0處（核處）s型函數(shù)在核處有最大值

p型函數(shù)在核處為0②節(jié)面(n-l-1)個(gè)ns

有n-1個(gè)節(jié)面

np

有n-2個(gè)節(jié)面Rn,l，有n-l-1個(gè)節(jié)面③最大值分布ns

n?，最大值離核越近np

n?，最大值離核越近22R(r)與R2(r)的最大值離核越近意味著電子主要出現(xiàn)在核附近幾率和幾率密度?。?！電子在核外某個(gè)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的幾率:dω

=

|ψ|2

dτ|ψ|2代表在單位體積內(nèi)發(fā)現(xiàn)電子的幾率密度,

dτ表示體積又

dτ=4πr2dr∴

dω=|ψ|24πr2dr=|R(r)|2·|Y(θ,Φ)|2·4πr2dr（3）徑向分布函數(shù)圖徑向分布函數(shù)D（ｒ）=

R２（ｒ）·４πｒ２函數(shù)D（ｒ）對(duì)半徑ｒ作圖，稱為徑向分布函數(shù)圖。D（ｒ）·ｄｒ的物理意義為：在一個(gè)以原子核為球心、半徑為ｒ、微單位厚度為ｄｒ的極薄的球殼夾層（其體積dτ＝４πｒ２ｄｒ）內(nèi)電子出現(xiàn)的幾率。４πｒ２dｒ＝半徑為ｒ的球殼體積R

２（ｒ）＝該處電子云的幾率密度（微單位體積的幾率）４πｒ２dr

R

２（ｒ）

＝該球殼電子云的幾率例：徑向分布函數(shù)圖的意義r

dr結(jié)論：由圖可見，基態(tài)氫原子１ｓ電子對(duì)應(yīng)于半徑為ａ０處的D（r）最大，這說明r=a0處在單位球殼厚度內(nèi)找到電子的幾率比任何其它地方單位球殼內(nèi)的要大。故ａ０稱為１ｓ電子的最大幾率半徑，又稱為玻爾半徑。①極大值個(gè)數(shù)：徑向分布函數(shù)有n-l個(gè)極大值，有n-l-1個(gè)節(jié)面.②主峰-最大值出現(xiàn)的位置ns n?，主峰離核越遠(yuǎn)np n?，主峰離核越遠(yuǎn)③n相同，l不同時(shí)

l?，主峰離核越近；第一個(gè)峰離核越遠(yuǎn)，不容易鉆到原子核內(nèi)部28電子云徑向分布函數(shù)圖電子云的徑向密度|R

(r)|2圖①在r=0處（核處）s有最大值

p為0②節(jié)面(n-l-1)個(gè)ns有n-1個(gè)節(jié)面

np有n-2個(gè)節(jié)面③最大值分布nsn?，最大值離核越近

np

n?，最大值離核越近①極大值個(gè)數(shù)：徑向分布函數(shù)有n-l個(gè)極大值，有n-l-1個(gè)節(jié)面.②最大值ns

n?，主峰離核越遠(yuǎn)