大连理工无机化学第八章原子结构

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1、8.1氢原子结构8.2多电子原子结构8.3元素周期律第八章原子结构8.1.1氢原子光谱与Bohr理论8.1氢原子结构8.1.5氢原子的激发态8.1.4氢原子的基态8.1.3SchrÖdinger方程与量子数8.1.2电子的波粒二象性1.光和电磁辐射8.1.1氢原子光谱与Bohr理论红橙黄绿青蓝紫2.氢原子光谱HαHβHγHδ不连续光谱,即线状光谱其频率具有一定的规律n=3,4,5,6式中2，n，3.289×1015各代表什么意义？经验公式：氢原子光谱特征：3.Bohr理论三点假设：①核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动,且不辐射能量；②通常，电子处在离核最近的轨道

2、上，能量最低——基态；原子获得能量后，电子被激发到高能量轨道上，原子处于激发态；③从激发态回到基态释放光能，光的频率取决于轨道间的能量差。E：轨道能量h：Planck常数n=3红（Hα）n=4青（Hβ）n=5蓝紫（Hγ）n=6紫（Hδ）Balmer线系原子能级Balmer线系RH：Rydberg常数，其值为2.179×10-18J。借助于氢原子光谱的能量关系式可定出氢原子各能级的能量：1924年，LouisdeBroglie认为：质量为m，运动速度为υ的粒子，相应的波长为：8.1.2电子的波粒二象性1927年，Davissson和Germer应用Ni晶体进行电子衍射实验

3、，证实电子具有波动性。λ=h/mυ=h/p，h=6.626×10-34J·s，Plank常量。1.SchrÖdinger方程8.1.3SchrÖdinger方程与量子数直角坐标(x,y,z)与球坐标(r,θ,φ)的转换222zyxr++=cosrz=qsinsinry=φqcossinrx=φq()()φq,,,,rΨzyxΨ()()φq,YrR=2.四个量子数①主量子数n③磁量子数m④自旋量子数ms②角量子数n=1,2,3,……与电子能量有关，对于氢原子，电子能量唯一决定于n；不同的n值，对应于不同的电子层：主量子数n：１　２　３　４　５…KLMNO…角量子数l：

4、l的取值0，1，2，3……n－1对应着s,p,d,f…...(亚层)l决定了ψ的角度函数的形状。磁量子数m：m可取0，±1,±2……±l；其值决定了ψ角度函数的空间取向。n,l,m一定，轨道也确定0123…轨道spdf…例如:n=2，l=0，m=0，2sn=3，l=1，m=0，3pzn=3，l=2，m=0，3dz2思考题：当n为3时,l,m分别可以取何值？轨道的名称怎样?1.总能量2.波函数()0/3041,,arearΨ-=pφq()()(),,,YrRrΨ=φqjq角度部分：()41,Y=pφq()0/3012arearR-=径向部分：8.1.4氢原子的基态是一种

5、球形对称分布角度部分3.波函数的物理意义Ψ2：原子核外出现电子的概率密度。电子云是电子出现概率密度的形象化描述。径向分布函数D(r)：空间微体积试问D(r)与ψ2的图形有何区别?1.2s态：n=2,l=0,m=08.1.5氢原子的激发态节面峰数=n－l2.2p态：n=2,l=1,m=+1,0,-1+－30°60°θ3.3d态：n=3,l=2,m=0,小结：量子数与电子云的关系n：决定电子云的大小l：描述电子云的形状m：描述电子云的伸展方向8.2.1多电子原子轨道能级8.2多电子原子结构8.2.2核外电子排布轨道：与氢原子类似，其电子运动状态可描述为1s,2s,2px,2

6、py,2pz,3s…能量：与氢原子不同,能量不仅与n有关,也与l有关;在外加场的作用下,还与m有关。8.2.1多电子原子轨道能级1.Pauling近似能级图2.Cotton原子轨道能级图n相同的氢原子轨道的简并性。原子轨道的能量随原子序数的增大而降低。随着原子序数的增大，原子轨道产生能级交错现象。3.屏蔽效应+2e-e-He+2e-He+2-σe-假想He由核外电子云抵消一些核电荷的作用。屏蔽效应：σ为屏蔽常数，可用Slater经验规则算得。Z－σ=Z*，Z*——有效核电荷数进入原子内部空间，受到核的较强的吸引作用。2s,2p轨道的径向分布图3d与4s轨道的径向分布图4

7、.钻穿效应核外电子分布三规则：最低能量原理电子在核外排列应尽先分布在低能级轨道上,使整个原子系统能量最低。Pauli不相容原理每个原子轨道中最多容纳两个自旋方式相反的电子。Hund规则在n和l相同的轨道上分布的电子,将尽可能分占m值不同的轨道,且自旋平行。8.2.2核外电子排布半满全满规则：当轨道处于全满、半满时，原子较稳定。Z=26Fe：1s22s22p63s23p63d64s2N：1s22s22p3原子芯8.3.1原子的电子层结构和元素周期系8.3元素周期律8.3.2元素性质的周期性8.3.1原子的电子层结构和元素周期系元素周期律：元