大化材102原子核外電子運(yùn)動(dòng)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(xué)的原子結(jié)構(gòu)的概念

Rutherford“太陽(yáng)-行星模型”的要點(diǎn)：

(1)所有原子都有一個(gè)核即原子核；

(2)核的體積只占整個(gè)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(yáng)那樣繞核運(yùn)動(dòng)。第1節(jié)原子核外運(yùn)動(dòng)狀態(tài)2.波的微粒性電磁波是通過(guò)空間傳播的能量?？梢?jiàn)光只不過(guò)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(gè)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(dāng)時(shí)物理學(xué)界一種全新的概念普朗克方程：E=hv(黑體輻射時(shí)能量密度按頻率分布)

1905年,愛(ài)因斯坦(EinsteinA)成功地將能量量子化概念擴(kuò)展到光本身,解釋了光電效應(yīng)。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(xué)模型--玻爾模型特征:①不連續(xù)的、線(xiàn)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(rèn)為,電子只能在若干圓形的固定軌道上繞核運(yùn)動(dòng)。它們是符合一定條件的軌道：電子的軌道角動(dòng)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(gè)能態(tài)。所有這些允許能態(tài)之統(tǒng)稱(chēng)。電子只能在有確定半徑和能量的定態(tài)軌道上運(yùn)動(dòng),

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(shí)才能到達(dá)激發(fā)態(tài)。(1)解釋了H及He+、Li2+、B3+的原子光譜(4)計(jì)算氫原子的電離能(2)說(shuō)明了原子的穩(wěn)定性(3)對(duì)其他發(fā)光現(xiàn)象（如Ｘ射線(xiàn)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(chǎng)中的分裂(1)不能解釋氫原子光譜的精細(xì)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(dòng)力學(xué)模型(1)海森堡的不確定原理:不可能同時(shí)測(cè)得電子的精確位置和精確動(dòng)量！

(2)具有波粒二象性的電子，不再遵守經(jīng)典力學(xué)規(guī)律，它們的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有確定的軌道，只有一定的空間概率分布。實(shí)物的微粒波是概率波。

薛定諤等則以微粒波動(dòng)性為基礎(chǔ)建立起原子的波動(dòng)力學(xué)模型。二、描述電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)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(duì)于氫原子，電子能量唯一決定于n(3)不同的n值，對(duì)應(yīng)于不同的電子殼層１２３４５……..

KLMNO……..2.角量子數(shù)l(1)與角動(dòng)量有關(guān)，對(duì)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(dòng)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(jià)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(jià)(簡(jiǎn)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(jià)(簡(jiǎn)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(jià)(簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)使電子具有類(lèi)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(gè)量子數(shù)確定原子軌道：n,l,m

四個(gè)量子數(shù)描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：n,l,m,ms

二個(gè)量子數(shù)確定原子軌道能量：n,l

練習(xí)：寫(xiě)出與軌道量子數(shù)n=4,l=2,m=0的原子軌道名稱(chēng)。三、電子運(yùn)動(dòng)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(gè)常數(shù)(n,l,m)和三個(gè)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(gè)數(shù)學(xué)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(gè)區(qū)域的數(shù)學(xué)描述。

電子云（|Ψ|2）的物理意義是概率密度，表達(dá)微粒在空間某點(diǎn)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(fù)之分，電子云不再有“+”、“-”