2009-第八章-原子結(jié)構(gòu)-part1-L.ppt

1、第八章原子結(jié)構(gòu)，主要內(nèi)容：1.什么是構(gòu)成原子的粒子，微觀粒子的波動粒子二像性2 .核外電子的運動特征及其運動狀態(tài)的描述(把握四個量子數(shù)的量化條件及其物理意義)3.熟練掌握能級圖，可以寫出一般元素體的原子核外電子配置4 .原子結(jié)構(gòu)和元素體周期性的關系，1803 他主張用原子的化學和化合來說明各種化學現(xiàn)象和各種化學規(guī)律之間的內(nèi)在聯(lián)系，它抓住了化學的核心和最本質(zhì)的問題。 第一節(jié)：人類了解原子結(jié)構(gòu)的簡單歷史，1811年，意大利物理學家阿波加德羅(AAvogadro，1776-1856 )提出分子概念發(fā)展為“原子分子論”，1897年，英國物理學家湯姆森(J.J.Thomson )提出電子拉扎菲建立了利用

2、粒子散射實驗確認原子核存在的原子結(jié)構(gòu)的“行星模型”，J.J.Thomson和R.A.Millikan分別在1897年、1909年通過實驗確定了電子的電荷和質(zhì)量，原子的組成是原子核具有z個正電荷的質(zhì)子(p )和幾個中子(p ) 的緊密結(jié)合體，其直徑小于原子萬分之一的電子直徑更小，具有單位負電荷，原子是電中性粒子，由幾個(z )帶正電荷的原子核和z帶負電荷的電子組成， 原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)是對應元素體的基本特性不同元素體的原子按其質(zhì)子數(shù)從小到大的順序計數(shù)，原子序數(shù)原子序數(shù)稱為質(zhì)子數(shù)相等的元素體是具有相同質(zhì)子數(shù)的單核粒子的總稱，原子序數(shù)(Z)=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)，=核電源電荷數(shù)=核外電子數(shù)，質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不

3、同的相同元素體的原子，是基本相同的化學性質(zhì)第二節(jié)，核外電子的運動狀態(tài)，一、核外電子運動的特殊核外電子運動的波動粒子二象性1.1是什么是波動粒子二象性，粒子性是運動量和運動能源電子確定的體積(d約為10-15 m )和質(zhì)量(9.109110-31 kg )，波動性衍射現(xiàn)象，1924年博客在光有波動粒二象性的啟發(fā)下，大膽地提出了微觀粒子也有波動粒二象性的假說，將粒子和波動結(jié)合如下關系：波長、粒子的質(zhì)量、粒子的運動速度、普朗特數(shù)、1.2電子運動的波動粒二象性，h=6.626 10-34 Js，1927年，Davisson (a )、(b )、電子通過A1箔(a )和黑金屬鉛(b )的衍射圖，粒子波動

4、性的現(xiàn)代證據(jù)電子的波動粒子二象性是，k、v、d、m、p，實驗原理、微粒子電子：由于宏命令物體的波長極短，不能測定，所以宏命令物體的波長難以察覺，主要表現(xiàn)為粒子性只有像電子和原子這樣的質(zhì)量極小的粒子具有接近x射線數(shù)水平的波長，符合直布羅陀式。 只有微觀的物體有波粒二象性嗎？ Question、Solution，重要的暗示是Rutherford和Bohr模型中不存在行星繞太陽的電子軌道。 具有波粒二象性的電子不再遵守經(jīng)典的力學規(guī)律，這些運動沒有確定的軌道，只有一定的空間概率分布。 實物的粒子波是概率波。 電子的正確位置和正確運動量不能測量到云同步！ 二、海森堡測量不行政許可原理heisenberg

5、suncertaintyprinciple，1900年，平板支撐(Plank M )提出了一個著名的平板支撐方程： E=hv h被稱為普朗特數(shù)，其值為6.62610-34 Js 平板支撐認為物體吸收或釋放hv的整數(shù)倍(例如，1hv、2hv、3hv等)的量的光能，不是0.5 hv、1.6 hv、2.3 hv等的整數(shù)倍。 能量量化的概念。Plank的公式、三、量子化特征氫原子光譜和波爾理論、平板支撐(Plank )提出了“量子論”。 放射物體(原子)不能連續(xù)地吸收和釋放能量，而是以不連續(xù)的量吸收和釋放放放射能。 不連續(xù)的量被稱作量化，并且鉀元素的臨界頻率是5.01014 s-1，并且打算計算具有該

6、頻率的光子能量。 進行了類似于紅色光和黃色光的計算，說明了金屬鉀在黃色光的作用下產(chǎn)生光電效應，而在紅色光的作用下則不能。 e (具有臨界頻率的一個光子)=6. 62610-34js5. 01014 s-1=3. 310-19je (黃色光一個光子)=h=6. 62610-34js5. 11014 s-1=3. 410-19je (紅色光一個光子)=h=6. 62610-34js4. 60 2 .氫原子光譜(1)原子光譜、氫原子光譜由5組線性組成，所有頻譜的頻率都滿足簡單的經(jīng)驗關系式： 例如，對于Balmer線性處理，n=3紅(H) n=4藍(H ) n=5藍紫(H ) n=6紫(h )、3 .

7、玻爾理論認為電子只能在某些圓形的固定軌道上進行核運動。 這些個是滿足一定條件的軌道：電子的軌道動量矩l只能是h/(2)的整數(shù)倍：從離核最近的軌道開始數(shù)，n的值分別等于1，2，3，4，5，6，7。 根據(jù)假定條件計算n=1時的容許軌道半徑為53 pm，這就是有名的博爾德半徑。 關于固定軌道的概念，原子只能達到上述條件規(guī)定的一些能量狀態(tài)。 指基態(tài)以外的剩馀狀態(tài)。 各激發(fā)態(tài)的能量隨著n值的增大而增高。 電子必須從外部吸收一盞茶的能量才能達到激發(fā)狀態(tài)。 “穩(wěn)定態(tài)狀態(tài)”:這些個的所有可接受狀態(tài)的總稱。 電子只能在半徑和能量固定的穩(wěn)定軌道上運動，不放射能量。 基礎狀態(tài)3360，n值為1的穩(wěn)定態(tài)。 通常，電子

8、保持在能量最低的基態(tài)。 基態(tài)是能量最低，即最穩(wěn)定的狀態(tài)。 激發(fā)狀態(tài)E:針對軌道能量量子化的概念，針對能量的吸收和釋放，計算E:軌道的能量：光的頻率h: Planck常數(shù)，氫原子的功率，說明原子的穩(wěn)定性，其他發(fā)光現(xiàn)象(例如放射性射線的形成) 也可以解釋，不能解釋氫原子光譜在磁場中的分裂，不能解釋氫原子光譜的精細結(jié)構(gòu)，不能解釋多電子原子的光譜，Why？ 解1. Schrdinger方程、薛定諤方程是求波函數(shù)和能量e的解不是具體的數(shù)值，而是包含三個常數(shù)(n，l，m )和三個變量(r，)的函數(shù)式n，l，m (r，)； 可理解的函數(shù)表達式叫做波函數(shù)。波函數(shù)=薛定諤方程的理解=原子軌道，第二節(jié)，核外電子運

9、動狀態(tài)的描述，一、波函數(shù)和原子軌道，r :徑向坐標為球面的大小3360角坐標，z軸沿球面延伸至r的弧所表示的角度3360角坐標， r沿球面沿xy面延伸到xz面的弧所表示的角度2 .波函數(shù)的格拉夫描述分離Schrdinger方程式變量，其中，徑向線波函數(shù)以氫原子的1s、2s、3s軌道為例，取不同的r值，代入波函數(shù)式進行計算，并將計算結(jié)果繪制在r上。 例如，氫原子1s軌道的R(r)=2e-r。 越接近核，這些個的s軌道的r值越大。角度泛函、從坐標原點畫了幾條線，各自的線把與一組值相對應的這個組和值代入波函數(shù)公式(參見上文)，以相同的方式在放射性射線上的某個點繪制結(jié)果，顯示另一個放射性射線上的點，連

10、接所有的點，確定沿著x軸延伸的啞鈴形的面在波動力學中波函數(shù)或經(jīng)典物理學中與光波的振幅對應的光的強度與振幅的平方成比例的波動力學中，粒子波的強度表示連接波函數(shù)的平方(2)的第二物理意義是概率密度，所述粒子波的強度(2)表示粒子出現(xiàn)在空間某點的單位體積內(nèi)的概率。一個軌道是數(shù)學函數(shù)，難以描述其具體的物理意義，只能作為特定電子可能出現(xiàn)在原子核外的區(qū)域的數(shù)學描述。 表示徑向電子云分布的兩種方法之一： (藍色曲線)縱軸： R2越接近核，電子出現(xiàn)的概率密度(單位體積內(nèi)的概率)越大。 (該曲線酷似波函數(shù)分布曲線)的： (紅色曲線)縱軸：4r 2R 2r2曲線， 4r2曲線和r2曲線的合成曲線為r=53 pm，

11、表示極大值的電子在距核53 pm的單位厚度球殼內(nèi)出現(xiàn)的概率最大波動力學模型得到的半徑正好表示與氫原子的沃爾沃半徑相等，表示放射狀電子云分布的兩個方法酷似波函數(shù)的角度分布圖，但記住葉片沒有-和-的部分s、p和d電子云的空間延伸方向。 從R (r )和R 2 (r )得到的相互類似的2種放射狀分布圖y (，)和從Y 2(，)得到的相互類似的2種角度分布圖R (r )得到的也是放射狀分布圖。 描述3電子運動狀態(tài)的4個量子數(shù)與電子能量有關，對于氫原子，電子能量決定為唯一n，電子出現(xiàn)概率決定到核的距離，不同的n值對應于不同的電子層層，與動量矩有關， 對于多電子原子，關于l和e的l的取值是由0，1，2，3

12、n-1 (子層) s，p，d，f. l決定的角度函數(shù)的形狀，(2)關于角量子數(shù)l (角度單元)動量矩的方向，方向是量化的m為0， 1 2l的值決定角度函數(shù)的空間方向m值相同的軌道相互等價的軌道。(3)磁量子數(shù)m (magnetic quantum number )、s軌道(l=0，m=0 ) : m的值是空間方向、s軌道、p軌道(l=1，m=1，0 )-1 ) m這三種三種取向，三條等價(簡并性)p軌道，五種值，d軌道(l=2，m=2，1，0，-1，-2) : m，五種空間取向，五條等價(簡并性) d軌道，f軌道(l=3，m=3，2，1，0，-1， (-2) -3 ) : m的7種值、空間的7

13、種取向、7條等價(簡并性) f軌道、(4)自旋量子數(shù)ms (spin quantum number )描述電子繞大頭針軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)的大頭針運動，電子取微吸鐵石那樣的行為ms的值的1/2和-1/2 分別用和來表示，n、l、m固定的軌道也確定，0 1 2 3軌道sdf，例如： n=2、l=0、m=0、2sn=3、l=1、m=0、3pz=3、l=2、m=0、3dbz2、核外電子運動、軌道運動、大頭針運動原子軌道由n、l、m三個量子數(shù)決定。 對應于l=2的軌道是d軌道。 由于n=4，因此軌道的名稱應該是4d。 磁量子數(shù)m=0沒有反映在軌道名中，但據(jù)我們所學的知識，m=0表示這4d軌道是不同延伸方向的5

14、條4d軌道之一。 Question、Solution、軌道的“節(jié)點”和“部分”是什么？ Question、Solution、p軌道、電子概率為零的區(qū)域是平面，被稱為節(jié)面。 px軌道的節(jié)面為yz平面，py軌道和pz軌道的節(jié)面分別為xz平面和xy平面。 例如，在2s軌道的兩種表現(xiàn)法中，(a )中原子核附近(r=0)的電子概率最高，離核在某一距離下降到零，概率為零的點稱為節(jié)點。 1.2.3量子數(shù)，1 .主量子數(shù)n，3 .磁量子數(shù)m，4 .自旋量子數(shù)ms，2 .角量子數(shù)l，l=0，1，2，(n-1 )，m= l，0，-l，n=1，2，3，主量子數(shù)n 1)與電子能有關系。對于氫原子，n的值越小，其電子層越接近核，其能級越低2 )不同的n的值，對應于不同的電子層：K L M N O.n、電子層象征符、角量子數(shù)l的取值0、1、2、3、n1為s、p、d、f， 對于與由l確定的角度函數(shù)的形狀對應的多電子原子來說，同一電子層的l值越小，該電子層的能級越低，磁量子數(shù)m: m可以取0、1、2、l的該值決定角度函數(shù)的空間取向，同一亞層內(nèi)的各原子軌道不施加磁場就能夠得到能量被稱為等效軌道(簡并性軌道)，ms值描述電子的大頭針狀態(tài)是順時針還是逆時針描述原子中的電子的運動狀態(tài)，主量子數(shù)(n ) :電子所在的電子層副量子數(shù)(l ) :電子所在的電子層和原子軌道，電子云的形狀磁量子數(shù)(m ) :軌道在空間延伸方向