物质结构基础.ppt

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1、第四章物质结构基础Chapter4BasicStructuresofMatter北方工业大学机电学院物质世界多姿多彩物质是如何构成的？北方工业大学机电学院北方工业大学机电学院物质结构问题，包括：原子结构分子结构—化学键晶体结构本章逐一讨论之。微观结构决定宏观性质北方工业大学机电学院物质结构的第一方面问题：原子结构近代原子结构理论基础北方工业大学机电学院例如光子，光在传播时表现为波，而在与其他物质作用时表现为粒子。这就是光的波-粒二象性。1905年Einstein已经证明：光具有波-粒二象性。北方工业大学机电

2、学院他的关于电子运动的波性的设想一开始并未引起关注，爱因斯坦给予了较高评价。1924年，年仅25岁法国青年博士L.deBroglie提出：不仅光子具有波-粒二象性，电子也有。电子的波动性和粒子性由普朗克常数联系起来：北方工业大学机电学院这是因为人们无法想象：公认的实物粒子（电子）怎么可能具有波性？德布罗依提出：人们对于电子的认识，只看到了它的粒子性而忽略了它的波性。他认为电子也具有波-粒二象性。他预言：实验科学家将会证实电子的波性。1927年美国的C.DavissonL.Germar通过衍射实验证实了电子确

3、实具有波性。北方工业大学机电学院实验表明：电子的波长与x-射线的相当。后来，人们又得到了质子、分子的衍射环纹。于是，德布罗依因其理论于1929年获诺贝尔奖。北方工业大学机电学院近代结构理论认为，核外电子的运动具有三大特征：1.量子化特征；2.波-粒二象性；3.统计性。“原子结构”的问题，实质是原子核外电子的运动状态是什么样的？4.1原子结构与周期律北方工业大学机电学院实验依据：线状光谱——氢原子光谱其中n（量子数）为正整数，且n1

4、机电学院核量子轨道电子根据N.Bohr理论，（氢原子）核外电子的运动轨道：定态轨道半径定态轨道电子能量能级r=n2ao（ao=52.9pm）可见，核外电子的能量是不连续的——能级波尔N.Bohr第一次将量子理论引入了原子体系北方工业大学机电学院当电子在两个轨道间跃迁时，电子吸收或释放的能量对应的电磁波（谱线）便也是不连续的。于是便产生了线状光谱。核能量激发跃迁辐射北方工业大学机电学院2电子波的统计性统计性——有限数目电子——大量次行为无限数目电子——少量次行为的结果所以，电子波（物质波）是统计波。实验依据：

5、电子衍射环纹e北方工业大学机电学院电子云的概念也体现了电子运动的统计性:北方工业大学机电学院金属片屏幕电子枪实验依据：电子衍射——环纹图得到了明暗相间的同心圆图案，这就是著名的电子衍射环纹。3核外电子的波粒二象性北方工业大学机电学院根据德布洛依关系式：可以计算出此环对应的波长（或频率）几乎与X-光一样。则可算得：λ=727pm例如：一个电子m=9.11×10-31kgυ=106m.s-1这个数值恰好符合x-光的波长范围。北方工业大学机电学院电子波核1926年，E.Schrödinger提出了描写电子运动的波

6、动方程：解此方程可得：①系统的能量E；②波函数ψ。北方工业大学机电学院解此方程时自然引入三个量子数：n、l、m。只有它们经过合理组合,ψn.l.m才有合理解。ψ(1.0.0)=ψ1.0.0=ψ1s称1s轨道;ψ(2.0.0)=ψ2.0.0=ψ2s称2s轨道;ψ(2.1.0)=ψ2.1.0=ψ2p称2p轨道;ψ是描述电子运动状态的数学函数式，称波函数或原子轨道，如基态氢的波函数：北方工业大学机电学院1.用波函数表示，如：2.用量子数表示量子数的组合确定ψn.l.m，因此可用简单的n、l、m表示ψn.l.m相应

7、的意义。为此，我们先了解量子数的取值和意义：核外电子运动状态的描述北方工业大学机电学院⑴量子数的取值和符号1.主量子数n电子离核的平均距离，电子的能量。对于单电子原子或离子而言，其能量E仅和主量子数n有关。n=1,2,3,4,5,6……对应：K,L,M,N,O,P……n越大，电子离核平均距离越远，能量越高。北方工业大学机电学院n=1时，l=0.轨道名称：1sn=2时，l=0，1.轨道名称：2s，2pn=3时，l=0，1,2轨道名称：3s，3p，3d2、角量子数l原子轨道的形状，表示电子所在的电子亚层,在多电

8、子原子中影响能量l=0,1,2,3,4……（n-1）对应：s,p,d,f,g……电子亚层n=4时，l=0，1,2，3轨道名称：4s，4p，4d,4f北方工业大学机电学院nlm的组合确定了一个原子轨道（ψn.l.m）3.磁量子数m原子轨道或电子云在空间的伸展方向:m=0，±1，±2，±3……±l取值受角量子数的影响l=0，m=0s轨道为球形，只有一个取向l=1，m=0，±1代表pz，px，py3个轨道代表d亚层有5