量子力学对原子核外电子运动状态的描述

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1、第一节原子结构模型（2）本节课的关键词:原子轨道主量子数n角量子数l磁量子数m自旋磁量子数ms电子云二、量子力学对原子核外电子运动状态的描述原子轨道与四个量子数[联想·质疑]波尔只引入一个量子数n,能比较好地解释了氢原子线状光谱产生的原因；但复杂的光谱解释不了。在钠原子中n=4n=3电子跃迁在氢原子中n=2n=1电子跃迁也得到两条靠得很近的谱线…实验事实:原子轨道与四个量子数（１）原子光谱带来的疑问？①钠原子光谱在n=3到n=4之间会产生两(多)条谱线．②氢原子光谱在n=１到n=２之间谱线实际上是两条靠得非常近的

2、谱线．③在磁场中所有原子光谱可能会分裂成多条谱线．这些问题用玻尔的原子模型无法解释．原子中电子的运动状态应用多个量子数来描述．量子力学中单个电子的空间运动状态称为原子轨道.每个原子轨道可由三个只能取整数的量子数n、l、m共同描述.薛定谔方程与四个量子数1887-1961E.Schrodinger,奥地利物理学家思维历程:量子力学的诞生(教材P6).了解:薛定谔方程(1926年提出)Hψ=Eψ－量子力学中描述核外电子在空间运动的数学函数式，即原子轨道E－轨道能量（动能与势能总和）m—微粒质量，h—普朗克常数x,

3、y,z为微粒的空间坐标(x,y,z)波函数（２）四个量子数①主量子数n:描述电子离核的远近．n取值为正整数１，２，３，４，５，６…对应符号为Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ…n所表示的运动状态称为电子层练习:下列各层电子能量的从高到低的顺序是A.M层B.K层C.N层D.L层②角量子数l:描述(电子云)原子轨道的形状．l取值为0，１，２，３…(n-1)．共n个数值．符号为s，p，d，f等．若电子n、l的相同，则电子的能量相同．在一个电子层中，l的取值有多少个，表示电子层有多少个不同的能级．练习:找出下列条件下能级的数目,并

4、写出其能级的符号A.n=1B.n=2C.n=3D.n=411s22s2p33s3p3d44s4p4d4f规律:每层的能级数值=电子层数③磁量子数m:描述磁场中原子轨道的能量状态m可以取0、±1、±2…±l共(2l+1)个数值.如l=0,m只可以取0,对应的谱线只有一条.如l=1,m可以取0,±1,对应的谱线有三条.n、l、m确定,原子轨道就确定了.练习:找出下列条件下原子轨道的数目n=1B.n=2C.n=311s42s2px2py2pz3s3px3py3pz3dxy3dyz3dxz3dx2-y23dz2规律:每层

5、的原子轨道数为层数的平方(n2)④自旋量子数ms:描述在能量完全相同时电子运动的特殊状态(简称为电子自旋状态).处于同轨道上的电子的自旋状态只有两种.分别用ms=+1/2(通常用符号↑表示).ms=-1/2(通常用符号↓表示).注意:自旋并不是”自转”,实际意义更为深远.(阅读教材P8[化学与技术])练习:实验证明,同一原子中电子的运动状态均不相同.试推断:每个原子轨道最多有几个电子?每个电子层最多有多少个电子?(3)量子数和原子轨道的关系nlm原子轨道ms取值符号取值符号取值符号取值1K0s0±1/22L0s0

6、±1/21p0,±1±1/23M0s0±1/21p0,±1±1/22d0,±1±2±1/21s2s2px2py2pz3s3px3py3pz3dxy3dyz3dxz3dx2-y23dz2知识小结:原子轨道:量子力学中单个电子的空间运动状态描述原子轨道的量子数是:n、l、m.描述电子运动的量子数是:n、l、m、ms.n、l、m、ms的取值与原子轨道数,可容纳的电子数的关系.表1-1-1每层的能级数=电子层数(n)每层的轨道数=电子层数的平方(n2)每层最多容纳的电子数为=2×电子层数的平方(2n2)