物质的结构和材料的性质.ppt

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1、第三章物质的结构和材料的性质罗立新武汉大学化学与分子科学学院28八月2021第三章物质的结构和材料的性质3(1)原子核外电子运动状态(2)元素周期律金属材料(3)化学键分子间力高分子材料(4)晶体缺陷陶瓷和复合材料武汉大学土木工程化学20113.1原子核外电子运动状态1.J.Dalton原子模型——原子是物质的不可再分的最小实心微粒。19世纪末，X射线、电子射线被发现，结果表明原子是可以分割的，不是最后质点。阴极射线武汉大学土木工程化学20112．J.J.Thomson的“浸入式”原子模型——认为原子是由带正电的均匀连续体和在其中运动的负电子构成。3．E.Ruthorfor

2、d的“含核”原子模型——认为原子中心有一个小而重的带正电荷的原子核，核外有电子绕核的外围作空间运动。武汉大学土木工程化学20114．Bohr原子模型微观粒子运动具有量子化的特征，提出了关于原子轨道能级的概念。武汉大学土木工程化学20111波粒二象性对于光的本性，曾经有微粒说、波动说的长期争论，后来确认既具有微粒性，又具有波动性，称为波粒二象性。物质波的概念(1929年诺贝尔物理学奖)1924年deBroglie在光的启发下提出一切物质都具有粒子和波动的性质，即波粒二象性。把作为粒子特征的动量P和表现波特性的波长联系起来。E为粒子的能量；为粒子物质波的波长；P为粒子的动量

3、；为粒子物质波的频率；h为普朗克常数；v为粒子物质波的运动速度。P=EV=hV=h或＝hp武汉大学土木工程化学2011例：重25g的子弹，飞行速度为9.0×102m.s-1，其=2.94×10－35m重9.1×10－28g的电子，运动速度为3×106m·s－1，其=2.4×10－10m可见，对于宏观物质，其波动性微乎甚微，可以忽略，但对于电子、质子、中子、原子、分子等微观微粒，其波动性相对较大，成为重要性能。就是说，微观粒子都具有波粒二象性。武汉大学土木工程化学20111927年，Davisson(戴维逊）、Germer(盖末）通过电子衍射证实了deBrogl

4、ie（德布罗伊）的假设，即电子和光子一样具有波粒二象性。X射线衍射图电子射线衍射图武汉大学土木工程化学2011微观粒子具有波粒二象性，就不能象宏观物体那样在确定的时间断内准确的描述出其运动的轨迹。微观粒子的运动符合下列关系：X为微观粒子在某一方向的位置（或坐标）测不准量；Px为动量在x方向的分量测不准量；h为Planck常数。2、微观粒子运动的统计性也就是说，微观粒子运动的距离变化与动量变化不能同时测准，这就是有名的海森堡测不准原理。测不准原理是微观粒子的固有属性，不能用牛顿力学描述。我们只能用统计的方法，描述大量微观粒子运动的行为，即在一定区域内出现的概率，因而电子运

5、动的轨道失去了其真正的含义。武汉大学土木工程化学2011原子轨道和电子云1926年，SchrÖdinger（薛定谔）根据德布罗伊物质波的观点将电子的粒子性代入波动方程。是描述波动的函数，称为波函数，可用来表示任何微观粒子的行为。波函数ψ是三维空间x、y、z的函数，其二阶偏微分方程就是有名的薛定谔方程武汉大学土木工程化学2011电子的波函数对原子核外电子运动的描述具有十分重要意义：波函数不同，其能量不同。每一个波函数，都表示核外电子运动的一种状态，称为原子轨道。电子的波函数，通过求解薛定谔方程得到，在求解过程中，需要三个常数（n、l、m)进行限制才有物理意义。这三个常数称

6、为量子数，每一组常数表示一个原子轨道。(1)主量子数n（2）角量子数l（3）磁量子数m（4）自旋量子数ms武汉大学土木工程化学2011四个量子数主量子数n主量子数n表示电子层，其值越大，轨道距核越远，能量越高。主量子数n1234567…电子层符号KLMNOPQ…角量子数l角量子数l又叫副量子数，表示电子亚层。它确定着轨道的能级和形状。角量子数l的值为：0——n－1如：主量子数1234…角量子数0123…轨道符号spdf…轨道形状球形双球形花瓣形同样，l的值越大，轨道距核越远，能量越高武汉大学土木工程化学2011四个量子数磁量子数m磁量子数m确定着轨道的数目和空间取向m的取值

7、为：m＝0，1，2….l=2l+1一个m代表一个轨道如：角量子数0123…轨道符号spdf…轨道数目1357m不影响轨道能级，l相同时，2l+1个m的能级相同，称为简并轨道，或等价轨道。自旋量子数ms自旋量子数ms并不是求解薛定谔方程得出的，它是人们研究氢光谱的精细结构时，证实了每个轨道上存在着自旋相反的两个电子，为了表达这两个电子的区别，引出的第四个量子数。它只有＋1/2、－1/2两个取值。表示为↑、↓。原子核外电子的状态由这四个量子数确定武汉大学土木工程化学2011s、p、d电子云的角度分布图武汉大学土木