大化材102原子核外電子運動狀態(tài)

第二章物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和材料的性質(zhì)

原子結(jié)構(gòu)和元素周期律分子結(jié)構(gòu)和分子間力物質(zhì)結(jié)構(gòu)和材料的性質(zhì)一、電子的波粒二象性1.經(jīng)典物理學的原子結(jié)構(gòu)的概念

Rutherford“太陽-行星模型”的要點：

(1)所有原子都有一個核即原子核；

(2)核的體積只占整個原子體積極小的一部分；

(3)原子的正電荷和絕大部分質(zhì)量集中在核上；

(4)電子像行星繞著太陽那樣繞核運動。第1節(jié)原子核外運動狀態(tài)2.波的微粒性電磁波是通過空間傳播的能量?？梢姽庵徊贿^是電磁波的一種。

電磁波在有些情況下表現(xiàn)出連續(xù)波的性質(zhì)，另一些情況下則更像單個微粒的集合體，后一種性質(zhì)叫作波的微粒性。普朗克提出了當時物理學界一種全新的概念普朗克方程：E=hv(黑體輻射時能量密度按頻率分布)

1905年,愛因斯坦(EinsteinA)成功地將能量量子化概念擴展到光本身,解釋了光電效應。3.電子的波粒二象性

波爾以波的微粒性（即能量量子化概念）為基礎(chǔ)建立了氫原子模型。氫原子結(jié)構(gòu)的量子力學模型--玻爾模型特征:①不連續(xù)的、線狀的;②是很有規(guī)律的。波粒二象性Bohr’smodelBohr理論的主要內(nèi)容Bohr’smodel(1)關(guān)于固定軌道的概念玻爾模型認為,電子只能在若干圓形的固定軌道上繞核運動。它們是符合一定條件的軌道：電子的軌道角動量L只能等于h/(2

)的整數(shù)倍：

定態(tài)：電子只能處于上述條件所限定的幾個能態(tài)。所有這些允許能態(tài)之統(tǒng)稱。電子只能在有確定半徑和能量的定態(tài)軌道上運動,

且不輻射能量?；鶓B(tài):n值為1的定態(tài)。通常電子保持在能量最低的這一基態(tài)?；鶓B(tài)是能量最低即最穩(wěn)定的狀態(tài)。(2)關(guān)于軌道能量量子化的概念激發(fā)態(tài):指除基態(tài)以外的其余定態(tài).各激發(fā)態(tài)的能量隨n值增大而增高。電子只有從外部吸收足夠能量時才能到達激發(fā)態(tài)。(1)解釋了H及He+、Li2+、B3+的原子光譜(4)計算氫原子的電離能(2)說明了原子的穩(wěn)定性(3)對其他發(fā)光現(xiàn)象（如Ｘ射線的形成）也能解釋Bohr理論的成功之處(2)不能解釋氫原子光譜在磁場中的分裂(1)不能解釋氫原子光譜的精細結(jié)構(gòu)(3)不能解釋多電子原子的光譜Bohr理論的不足之處4.原子結(jié)構(gòu)的波動力學模型(1)海森堡的不確定原理:不可能同時測得電子的精確位置和精確動量！

(2)具有波粒二象性的電子，不再遵守經(jīng)典力學規(guī)律，它們的運動沒有確定的軌道，只有一定的空間概率分布。實物的微粒波是概率波。

薛定諤等則以微粒波動性為基礎(chǔ)建立起原子的波動力學模型。二、描述電子運動狀態(tài)的四個量子數(shù)1.主量子數(shù)n(1)確定電子出現(xiàn)概率最大處離核的距離。(2)與電子能量有關(guān)，對于氫原子，電子能量唯一決定于n(3)不同的n值，對應于不同的電子殼層１２３４５……..

KLMNO……..2.角量子數(shù)l(1)與角動量有關(guān)，對于多電子原子,l

也與E有關(guān)(2)l的取值0，1，2，3……n-1(亞層）

s,p,d,f…...

(3)l決定了ψ的角度函數(shù)的形狀

n1

10201301240123(亞層)spdf3.磁量子數(shù)m(1)與角動量的取向有關(guān)，取向是量子化的(2)m可取0，±1,±2……±L(3)取值決定了ψ角度函數(shù)的空間取向(4)L值相同的軌道互為等價軌道

Lm軌道數(shù)

0(s)011(p)-1,0,+132(d)-2,-1,0,1,253(f)-3,-2,-1,0,1,37s軌道(L=0,m=0,)m一種取值,一種取向,一條s

軌道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d軌道(l=2,m=+2,+1,0,-1,-2):m五種取值,空間五種取向,五條等價(簡并)d軌道f軌道(l=3,m=+3,+2,+1,0,-1,-2,-3):m七種取值,空間七種取向,七條等價(簡并)f軌道4.自旋量子數(shù)ms

(1)描述電子繞自軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)(2)自旋運動使電子具有類似于微磁體的行為(3)ms

取值+1/2和-1/2，分別用↑和↓表示三個量子數(shù)確定原子軌道：n,l,m

四個量子數(shù)描述核外電子運動狀態(tài)：n,l,m,ms

二個量子數(shù)確定原子軌道能量：n,l

練習：寫出與軌道量子數(shù)n=4,l=2,m=0的原子軌道名稱。三、電子運動狀態(tài)描述的三種方法波函數(shù)=薛定諤方程的合理解=原子軌道1.薛定諤方程和波函數(shù)(1)求解薛定諤方程,就是求得波函數(shù)ψ和能量E;(2)解得的ψ不是具體的數(shù)值,而是包括三個常數(shù)(n,l,m)和三個變量(r,θ,φ)的函數(shù)式。(3)有合理解的函數(shù)式叫做波函數(shù)ψ(n,l,m)(r,θ,φ);到電子云Ψ2(r,θ,φ)2.波函數(shù)Ψ和電子云|Ψ|2一條軌道是一個數(shù)學函數(shù),很難闡述其具體的物理意義，只能將其想象為特定電子在原子核外可能出現(xiàn)的某個區(qū)域的數(shù)學描述。

電子云（|Ψ|2）的物理意義是概率密度，表達微粒在空間某點單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率。要求牢記：s,p,d電子云的形狀；

s,p,d電子云在空間的伸展方向。原子軌道（波函數(shù)Ψ）與電子云（|Ψ|2）的區(qū)別：原子軌道有正負之分，電子云不再有“+”、“-”