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1、原子轨道·价键轨道·分子轨道atomicorbital valenceorbital molecularorbital原子轨道ATOMAtomicorbitalsNielsBohr1885–19621922年获诺贝尔物理奖106号元素被命名为Bohrium中文名称元素符号Bh谱 线HαHβHγHδHε…编号(n)１ ２ ３ ４ ５波长/nm656.279486.133434.048410.175397.009…里德堡常数RH=1.09677×107m-1巴尔麦方程里德堡方程m-电子质量
2、，v-电子线速度，r-电子线性轨道的半径）εo=L=mvr离心力＝向心力角动量量子化条件角动量量子化氢原子的电离能电子跃迁释放的光子能量电子在线性轨道上的线速度：电子绕原子核运行的轨道半径：n=2的轨道能计算：NIELSBOHRThestructureoftheatomNobelLecture,December11,1922德布罗依对玻尔行星轨道上运行的电子能处于定态而不释放能量的解释——电子是一个波在玻尔行星轨道上运行的电子是一个驻波，图像如下：半波长的n倍等于圆周长。后来的认识否定了德布罗依对
3、行星轨道的图像，但电子处于定态时是一个驻波的认识被证实了。DeBroglie电子具有波粒二象性现代原子核外电子运动模型苍蝇头部的电子显微镜照片烟草花叶病毒的电子显微镜照片单晶的电子衍射谱图驻波的振幅图一维驻波Ψ＝f(x)二维驻波Ψ＝f(x.y)三维驻波Ψ＝f(x.y.z)n=1n=2?核外电子的定态是三维驻波一维波的振幅在二维空间里呈现。二维波的振幅在三维空间里呈现。三维波的振幅如何呈现？核外电子运动状态六、核外电子运动状态的描述在量子力学处理氢原子核外电子的理论模型中，最基本的方程叫做薛定谔方程
4、，是由奥地利科学家薛定谔（E.Schrödinger1887-1961）在1926年提出来的。薛定谔方程是一个二阶偏微分方程，它的自变量是核外电子的坐标（直角坐标x，y，z或者极坐标r，q，f），它的因变量是电子波的振幅（Y）。给定电子在符合原子核外稳定存在的必要、合理的条件时（如Y的取值必须是连续的、单值的，也就是坐标一定时电子波的振幅是唯一的单值，是连续的函数，等等），薛定谔方程得到的每一个解就是核外电子的一个定态，它具有一定的能量（E），具有一个电子波的振幅随坐标改变的的函数关系式[Y=f(
5、x,y,z)或Y=f(r,q,f)]，称为振幅方程或波动方程。薛定谔方程Ψ1＝f1(x,y,z)=f1(r,φ,θ)=R1(r)Y1(φ,θ)Ψ2＝f2(x,y,z)Ψ3＝f3(x,y,z)…Ys=Ypx=Ypz=Ypy=...P=0.9电子出现的概率为90%r=2.6ao描述核外电子的图像波函数的角度分布图像波函数的球面概率图像电子云图像角度分布图像q0153045607590Y0.4890.4720.4230.3450.2440.1260q18016515013512010590Y-0.489
6、-0.472-0.423-0.345-0.244-0.12600.472+-yz15°电子云生成图S电子的电子云图1s2s3s2p电子云3p电子云3dx2-y2电子云1s2s2pD函数图形与电子云图形的关系3s3px2s电子的原子轨道图2pz2px2py电子云轮廓图几种常见描述核外电子的图形对比角函数图Y,Y2(不涉及能层）Ψ(r,θ.φ)=R(r)·Y(θ.φ)电子云黑点图(Ψ2)电子云轮廓图D函数图像(r2R2)电子云黑点图与轮廓图DY2Ψ2YΨ2Ψ21s,2s,3s电子云轮廓图和剖面图s轨道
7、和p轨道的Y图像和Y2图像d轨道的Y和Y2图像f轨道的Y和Y2图像对在三维空间里可制作电子云黑点图的理解计算机模拟的Cu2O晶体的Cu-O键电子云旅美中国学者ZOUJian-Ming等用X衍射和电子衍射结合的技术研究了赤铜矿的Cu-O键的性质，按3d轨道与4s轨道发生杂化形成sd杂化轨道的模型，计算了d轨道的电子移向4s轨道形成的电子空穴的电子云图象，结果令人振奋地得到一个与教科书上画的dZ2轨道十分相似的计算机图象[Nature401，49（1999）]。该图象的获得被美国《化学与工程》杂志选为
8、1999年美国五大化学新闻之一。核外电子运动状态能层能级轨道可能空间运动状态数可能运动状态数一(K)1s1s12二(L)2s2s122p2px,2py,2pz36三(M)3s3s123p3px,3py,3pz363d3dxy,3dyz,3dxz,3dx2-y2,3dz2510四(N)4s1个轨道124p3个轨道364d5个轨道5104f7个轨道714基态原子电子组态(3)能量最低原理——基态原子是处于最低能量状态的原子。能量最低原理认为，基态原子核外电子的排布力求使整个原子的能量处
