七章節(jié)物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)ppt課件

1、 第七章第七章 物質(zhì)構(gòu)造根底物質(zhì)構(gòu)造根底 一、氫原子光譜一、氫原子光譜1、實(shí)驗(yàn) 一只裝有氫氣的放電管，經(jīng)過高壓電流，那么氫原子中的1個(gè)電子被激發(fā)到高能態(tài)后，回到低能態(tài)時(shí)，發(fā)出的光經(jīng)過三棱鏡分光后，得到如以下圖所示的原子光譜。一、氫原子光譜一、氫原子光譜一、氫原子光譜一、氫原子光譜2、結(jié)論： 氫原子光譜是不延續(xù)的線狀光譜，具有量子化的特征。3、特點(diǎn)： 從長波到短波，譜線間的間隔越來越小，且譜線具有確定的位置，具有明顯的規(guī)律性。 一、氫原子光譜一、氫原子光譜 n 為大于 2的正整數(shù) =1.097107m-13108ms-1 =3.2891015s-1R=1.097107 m-1C=3108 ms-

2、1 當(dāng)n=3時(shí)，得到H n=4時(shí)，得到H 當(dāng)n=5時(shí)，得到H n=6時(shí)，得到H 221211vR Cnn2211()2n2211()2n二、玻爾實(shí)際二、玻爾實(shí)際1、實(shí)際要點(diǎn)： 核外電子運(yùn)動(dòng)取一定的軌道，在此軌道上運(yùn)動(dòng) 的電子既不吸收能量也不放出能量。 在一定軌道上運(yùn)動(dòng)的電子具有一定的能量，其能量只能取某些由量子化條件決議的正整數(shù)值。對(duì)于氫原子 n1的正整數(shù) 或 n1的正整數(shù)2、波爾實(shí)際的運(yùn)用對(duì)氫原子光譜的解釋 氫原子在正常或穩(wěn)定形狀時(shí)，電子在n=1的軌道上運(yùn)動(dòng)，稱為基態(tài)E=13.6eV或2.17910-18J,其半徑為52.9pm，稱為玻爾半徑。 213.6Eevn1822.179 10 EJ

3、n二、玻爾實(shí)際二、玻爾實(shí)際二、玻爾實(shí)際二、玻爾實(shí)際對(duì)于氫原子，當(dāng)激發(fā)到高能態(tài)E2的電子跳回到較低能態(tài)E1時(shí)所放出的能量以光的方式表現(xiàn)出來。E2E1h n2n1 且n1=2，n2=，222118182.179 102.179 10() hvnn 221215113.289 10 ()vnnv二、玻爾實(shí)際二、玻爾實(shí)際3、優(yōu)點(diǎn) 沖破了經(jīng)典物理中能量延續(xù)變化的束縛，用量子化解釋了經(jīng)典物理學(xué)無法處理的原子構(gòu)造和氫光譜的關(guān)系，指出原子構(gòu)造具有量子化的特性。4、缺陷 由于沒有思索電子運(yùn)動(dòng)的另一重要特性波粒二象性，使電子在原子核外的運(yùn)動(dòng)采取了宏觀物體的固定軌道，致使玻爾實(shí)際在解釋多電子原子的光譜和光譜線在磁場(chǎng)

4、中的分裂，譜線的強(qiáng)度等實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，遇到了難于處理的困難。 三、核外電子運(yùn)動(dòng)的波粒二象性三、核外電子運(yùn)動(dòng)的波粒二象性、德布羅依假設(shè) 具有質(zhì)量為m的微觀粒子，運(yùn)動(dòng)速度為 v，其相應(yīng)的波長為 。 結(jié)論：普朗克 常數(shù)h是聯(lián)絡(luò)宏觀p代表粒子性 和微觀代表動(dòng)搖性的橋梁。、實(shí)驗(yàn)結(jié)果電子衍射圖 hhmvp結(jié)論：電子具有波粒二象性。三、核外電子運(yùn)動(dòng)的波粒二象性三、核外電子運(yùn)動(dòng)的波粒二象性、測(cè)不準(zhǔn)原理 xph x確定粒子位置的不準(zhǔn)量；p確定粒 子動(dòng)量的不準(zhǔn)值 結(jié)論：a、粒子位置的測(cè)定準(zhǔn)確度越大，那么相應(yīng)的動(dòng) 量的測(cè)定正確度越小，反之亦然。 b、微觀粒子運(yùn)動(dòng)與宏觀物體的運(yùn)動(dòng)不同，沒 有確定的一成不變的固定軌道，軌道

5、一詞 在微觀世界中根本就不存在。 四、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫四、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫 、波函數(shù)() 波函數(shù)是描畫核外電子在空間運(yùn)動(dòng)形狀的 數(shù)學(xué)表達(dá)式x，y，z、四個(gè)量子數(shù) 三維空間內(nèi)的薛定諤方程222222228()0mEVxyzh四、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫四、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫 E：總能量勢(shì)能動(dòng)能 V：勢(shì)能 m：電子的質(zhì)量 ：波函數(shù) h：普朗克常數(shù) x，y，z：空間坐標(biāo)解上述方程可以得到 和E 合理的解必需滿足的條件： a、主量子數(shù)n1，2，3，4，5 b、角量子數(shù)l0，1，2，3，4n-l c、磁量子數(shù) d、自旋量子數(shù) 0, 1, 2ml1122mors四、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫四、

6、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫、四個(gè)量子數(shù)的物理意義主量子數(shù)n決議了電子運(yùn)動(dòng)的能量，n值越大，能量越高。主量子數(shù)n一樣的電子稱為一個(gè)電子層，它們具有大致一樣的空間運(yùn)動(dòng)范圍： n= 1，2， 3，4， 5， 6， 7 電子層符號(hào)： K，L，M，N，O，P，Q 角量子數(shù)l確定了原子軌道波函數(shù)的外形，并在多電子原子中和主量子數(shù)一同決議電子的能級(jí)。 l 0，1，2，3，4，n- l 能級(jí)符號(hào)： s，p，d，f，g，四、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫四、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫磁量子數(shù)決議原子軌道波函數(shù)在空間的取向。 四、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫四、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫例如： 角量子數(shù)l=1的p軌道為啞鈴形，在空 間有三

7、種取向 m=-1，0，1 而角量子數(shù)l=2的d軌道為花瓣形,在空 間有三種取向 m=-2，-1，0，+1，+2 又角量子數(shù)l=0的s軌道，其磁量子數(shù) m只能為0，因此在空間只需一種取向。 四、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫四、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫結(jié)論： a、 軌道稱號(hào) 運(yùn)動(dòng)形狀 簡(jiǎn)并度 s 1 非簡(jiǎn)并 p 3 三重簡(jiǎn)并 d 5 五重簡(jiǎn)并 f 7 七重簡(jiǎn)并b、l一樣而m不同的軌道稱為簡(jiǎn)并軌道，簡(jiǎn)并 軌道是具有一樣的能量，但在磁場(chǎng)中, 它們的能量卻會(huì)顯出微小的差別。c、 (n,l,m) 四、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫四、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫自旋量子數(shù)ms決議了電子在原子軌道 中的取向 a、一個(gè)原子軌道中最

8、多只能包容個(gè)電 子，且自旋方向相反； b、順時(shí)針和逆時(shí)針，分別為 和各電子層最多可包容的電子數(shù) K層 n=1，l=0， m=0 1個(gè)1s軌道，2個(gè)電子 L層 n=2，l=0， m=0 1個(gè)2s軌道 l=1， m= -1，0，+1 3個(gè)2p軌道1212共4個(gè)軌道，8個(gè)電子四、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫四、核外電子運(yùn)動(dòng)形狀的描畫M層 n=3，l=0，m=0 1個(gè)3s軌道 l=1，m= -1，0，+1 3個(gè)3p軌道 l=2，m=-2，-1，0，+1，+2 5個(gè)3d軌道結(jié)論：電子數(shù) 2n2五、波函數(shù)的角度部分和徑向部分 RY R=fr，Y=f、角度部分又稱為原子軌道的角度分布圖或波函數(shù)的角度分布圖 共9個(gè)

9、18個(gè)電子軌道，五、波函數(shù)的角度部分和徑向部分五、波函數(shù)的角度部分和徑向部分 a、 “表示波函數(shù)的正 值部分，“表示波 函數(shù)的負(fù)值部分，它 既不代表正電荷，也 不代 表負(fù)電荷； b、角度分布圖與角量子 數(shù)有關(guān)，其取向與磁 量子數(shù)有關(guān)，但與主 量子數(shù)無關(guān)。例如： 3d, 4d ,5d,6d具有相 同的角度分布圖。 特點(diǎn)： 五、波函數(shù)的角度部分和徑向部分五、波函數(shù)的角度部分和徑向部分、徑向部分又稱原子軌道的徑向分布圖或波函數(shù)的徑向分布圖特點(diǎn)：反映了在恣意角度 ，波函數(shù)隨r的變化情況。六、幾率和幾率密度六、幾率和幾率密度 、幾率p： 能夠性的大小，例如：打靶、投擲幣； 、幾率密度D： 單位體積中出現(xiàn)

10、的幾率， ，例如：打靶。 pD=V七、電子云七、電子云 電子云是電子在核外空間出現(xiàn)的幾率密度分布的籠統(tǒng)化描畫。 例如：基態(tài)氫原子電子云八、電子云的角度分布和徑向分布八、電子云的角度分布和徑向分布、電子云的角度分布Y2特點(diǎn)：a、無“、“ 之分，由于幾率密 度無正負(fù)；b、與原子軌道的 角度分布圖相比要 “瘦一些。 八、電子云的角度分布和徑向分布八、電子云的角度分布和徑向分布、電子云的徑向分布 Dr 電子在原子核外間隔為r處的一薄層球殼中出現(xiàn)的幾率密度 分子：隨r的增大而增大分母：隨r的增大而增大()()rdrrrrdrrPPDVV出現(xiàn)極值點(diǎn)八、電子云的角度分布和徑向分布八、電子云的角度分布和徑向分

11、布八、電子云的角度分布和徑向分布八、電子云的角度分布和徑向分布結(jié)論： a、n一樣，l不同的幾率徑向分布曲線出現(xiàn)峰 的個(gè)數(shù)為n-l； b、反映了核外電子幾率分布的層次性和穿透性。九、多電子原子的能級(jí)九、多電子原子的能級(jí)、氫原子的能級(jí) 特點(diǎn)： a、核電荷Z，原子核外只需一個(gè)電子 b、電子只遭到原子核的作用 213.6 eVEn 九、多電子原子的能級(jí)九、多電子原子的能級(jí)、多電子原子的能級(jí) 在多電子原子中，電子不僅受原子核的吸引，而且它們彼此之間也存在著相互排斥作用。屏蔽效應(yīng) 其它電子對(duì)某一選定電子的排斥作用實(shí)踐上就是減弱了原子核對(duì)該電子的吸引作用，因此原子核作用于該電子的正電荷降低了，不再是Z，而是

12、變成了比Z小Z*的，其中Z* = Z ，我們把Z*稱之為有效核電荷， 叫做屏蔽常數(shù)，上述作用稱之為屏蔽效應(yīng)。 a、將原子中的電子按內(nèi)外次序分組:(1s)；(2p)； (3s3p)；(3d)；(4s 4p)；(4d)；(4f)；(5s 5p)； (5d)；(5f)；6s，6p等；b、外層電子對(duì)內(nèi)層電子沒有屏蔽作用，=0；c、同一組，=0.35(但1s, =0.30)；d、n-1組對(duì)ns，np的=0.85，對(duì)nd或nf的 =1.00；e、更內(nèi)層的各組=1.00。n-2,n-3,n-4;對(duì)n組2屏蔽常數(shù)的計(jì)算方法Slater規(guī)那么九、多電子原子的能級(jí)九、多電子原子的能級(jí)九、多電子原子的能級(jí)九、多電子

13、原子的能級(jí)3多電子原子的能級(jí) *182822.179 10()2.179 10()ZZEJnn十、能級(jí)順序圖十、能級(jí)順序圖1、能級(jí)順序的實(shí)際推導(dǎo) 1角量子數(shù)一樣，主量子數(shù)不同時(shí)的能級(jí)順序 l=0時(shí)，即1s、2s、3s、4s、5s、6s之間的能級(jí)順序 當(dāng)n越大時(shí)，電子離核的平均間隔越遠(yuǎn)，所以原子中其它電子對(duì)它的屏蔽作用那么越大，即值越大，根據(jù)多電子原子的能級(jí)計(jì)算公式知能級(jí)就越高。十、能級(jí)順序圖十、能級(jí)順序圖 結(jié)論：E(1s) E(2s) E(3s) E(4s) E(5s) E(6s) l=1、2、3時(shí)，同理可得 E(2p) E(3p) E(4p) E(5p) E(6p) E(3d) E(4d)

14、E(5d) E(6d) E(4f) E(5f) E(6f) 十、能級(jí)順序圖十、能級(jí)順序圖2主量子數(shù)一樣，角量子數(shù)不同時(shí)的能級(jí)順序 n=2時(shí)，即2s、2p之間的能級(jí)順序 從2s和2p電子云的徑向分布圖可知，雖然2s和2p電子具有一樣的主量子數(shù)，且電子離核的平均間隔一樣，但由于2s電子離核最近處有一個(gè)小峰，而2p電子離核最近處沒有小峰，離核最近處有一個(gè)小峰的2s電子，那么闡明它鉆到核附近的時(shí)機(jī)比較多，可以更好地接受原子核對(duì)它的吸引，因此其它電子對(duì)它 的屏蔽作用就越小，即值就越小。根據(jù)多電子原子的能級(jí)計(jì)算公式知其能量就越低。十、能級(jí)順序圖十、能級(jí)順序圖 結(jié)論：E(2s) E(2p) n=3、4時(shí)，同

15、理可得 E(3s) E(3p) E(3d) E(4s) E(4p) E(4d) E(4f) 十、能級(jí)順序圖十、能級(jí)順序圖3鉆穿效應(yīng) 由于電子的角量子數(shù)不同，軌道電子云的徑向分布不同，電子鉆到核附近的幾率不同，因此能量不同的景象，稱為電子云的鉆穿效應(yīng)。鉆穿效應(yīng)反映了選定電子逃避其它電子對(duì)其屏蔽的才干。4主量子數(shù)n和角量子數(shù)l都不一樣時(shí)的能級(jí)順序 由前述知：E(1s) E(2s) E(3s) E(2s) E(2p) 但我們無法知道E(3s)和E(2p)之間的關(guān)系。 十、能級(jí)順序圖十、能級(jí)順序圖例如： 對(duì)于5號(hào)元素硼(B)其電子進(jìn)入原子軌道的順序是 1s22s22p1還是1s22s23s1呢？ 根據(jù)

16、斯萊特Slater,J.C.1900S規(guī)那么知 2p=20.8520.35=2.40； 3s=21.0020.85=3.70； 根據(jù)多電子原子的能級(jí)計(jì)算公式知 E(2p)=-13.6(5-2.40)2/22=-22.98ev E(3s)=-13.6(5-3.70)2/32=-2.55ev十、能級(jí)順序圖十、能級(jí)順序圖 結(jié)論：E(2p) E(3s) 結(jié)論：E(1s) E(2s) E(2p) E(3s) 由前述知：E(3s) E(4s)； E(3s) E(3p)；但 我們無法知道E(4s)和E(3p)之間的關(guān)系。E(4s)和E(3p)之間的能級(jí)順序 例如：對(duì)于13號(hào)元素鋁(Al)其電子進(jìn)入原子軌道的

17、順序是1s22s22p63s23p1還是1s22s22p63s24s1呢？ 根據(jù)斯萊特Slater,J.C.1900S規(guī)那么知 3p=21.0080.8520.35=9.50 4s=101.0020.85=11.70 十、能級(jí)順序圖十、能級(jí)順序圖 根據(jù)多電子原子的能級(jí)計(jì)算公式知 E(3p)=-13.6(13-9.50)2/32=-18.51ev E(4s)=-13.6(13-11.70)2/42=-1.44ev 結(jié)論：E(3p) E(4s) 由前述知：E(3p) E(3d)；但我們無法知道E(3d) 和E(4s)之間的關(guān)系。 E(3d)和E(45)之間的能級(jí)順序 例如：對(duì)于19號(hào)元素鉀(K)其

18、電子進(jìn)入原子軌道的 順序是1s22s22p63s23p63d1還是1s22s22p63s23p64s1 呢？ 十、能級(jí)順序圖十、能級(jí)順序圖 根據(jù)斯萊特Slater,J.C.1900S規(guī)那么知 3d=181.00=18.00； 4s=101.0080.85=16.80； 根據(jù)多電子原子的能級(jí)計(jì)算公式知 E(3d)=-13.6(19-18.00)2/32=-1.51ev E(4s)=-13.6(19-16.80)2/42=-4.11ev 結(jié)論：E(4s) E(3d) 結(jié)論：E(1s) E(2s) E(2p) E(3s) E(3p) E(4s) E(3d) 十、能級(jí)順序圖十、能級(jí)順序圖 依次類推有：

19、 E(1s) E(2s) E(2p) E(3s) E(3p) E(4s) E(3d) E(4p) E(5s) E(4d) E(5p) E(6s) E(4f) E(5d) E(6p) E(7s) E(5f) E(5d) E(6p)2、近似能級(jí)圖、近似能級(jí)圖 十、能級(jí)順序圖十、能級(jí)順序圖十、能級(jí)順序圖十、能級(jí)順序圖 特點(diǎn)： a、相鄰兩個(gè)能級(jí)組之間的能量相差較大； b、組內(nèi)能級(jí)之間的能量相差較小。十一、核外電子排布的規(guī)律十一、核外電子排布的規(guī)律 1、能量最低原理 電子在原子軌道上的分布，要盡能夠地使電子 的能量最低。即按能量由低到高的順序陳列，亦即 按近似能級(jí)圖的順序依次填充電子，這就是能量最 低原

20、理。 2、保里不相容原理 一個(gè)原子軌道最多只能包容兩個(gè)電子，而且這 兩個(gè)電子的自旋方向必需相反。十一、核外電子排布的規(guī)律十一、核外電子排布的規(guī)律3、洪特規(guī)那么 在主量子數(shù)n和角量子數(shù)l一樣的簡(jiǎn)并軌道上分布的電子，將盡能夠分占磁量子數(shù)不同的軌道，且自旋方向平行，在簡(jiǎn)并軌道上分布的電子以半充溢，全充溢和全空形狀最為穩(wěn)定。十二、元素周期表中原子構(gòu)造規(guī)十二、元素周期表中原子構(gòu)造規(guī) 律及特例分析律及特例分析1、第周圍期 K(19)，Ca(20)，Cr(24)，Cu(29) 2、第五周期 Rb(37), Sr(38), Mo(42), Ag(47) 3、第六周期 Cs(55), Ba(56), La(57

21、), Gd(64), Lu(71)十二、元素周期表中原子構(gòu)造十二、元素周期表中原子構(gòu)造規(guī)規(guī) 律及特例分析律及特例分析4、第五周期例外的元素 Nb(41), Ru(44), Rh(45),Pd(46)5、第六周期例外的元素 Ce(58), W(74), Pt(78)緣由：5s和4d之間的能級(jí)差較小，存在電子間的相 互激發(fā)較多。結(jié)論：不能拿客觀現(xiàn)實(shí)去順應(yīng)原理，它只能闡明我 們的原理還不夠完善，有待改良。 十三、原子構(gòu)造與元素周期律十三、原子構(gòu)造與元素周期律 1、周期=最外層的主量子數(shù) 2、能級(jí)組與各周期所含元素的個(gè)數(shù)能級(jí)組n+0.7l周期數(shù)所含元素個(gè)數(shù)1s1. 122s2p2 . 283s3p3

22、. 384s3d4p4 . 4185s4d5p5 . 5186s4f5d6p6 . 6327s5f6d7p7. 7未滿十三、原子構(gòu)造與元素周期律十三、原子構(gòu)造與元素周期律 3、能級(jí)交錯(cuò)與各層所能包容最多電子數(shù) a、四個(gè)量子數(shù)的要求 2n2 b、能級(jí)交錯(cuò)的要求 最外層不超越8個(gè)電子； 次外層不超越18個(gè)電子； 倒數(shù)第三層不超越32個(gè)電子。 4、主族與副族 a、主族元素的族數(shù)=原子最外層的電子數(shù) 特點(diǎn)：次外層的電子數(shù)為8或18 十三、原子構(gòu)造與元素周期律十三、原子構(gòu)造與元素周期律b、副族元素：主族元素以外的其它元素 特點(diǎn)：8次外層的電子數(shù)0 Mg+(g) Mg2+(g)+e H=I20 Na(s) Na+(g)+2e H=H升華+I1 Mg(s) Mg2+(g)+2e H=H升華+I1+I2 十五、電離能十五、電離能I I 又稱電離勢(shì)又稱電離勢(shì)3、各級(jí)電離能的順序 I1I2I3 緣由：離子的電荷正值越來越大，半徑越來越 小，核對(duì)外層電子的