无机化学物质结构基础.ppt

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1、§8.1原子结构的Bohr理论§8.2微观粒子运动的基本特征§8.3氢原子结构的量子力学描述第八章原子结构(atomicstructure)§8.4多电子原子结构§8.5元素周期表§8.6元素性质的周期性第二篇物质结构基础8.1.1历史的回顾8.1.3Bohr原子结构理论8.1.2氢原子光谱§8.1原子结构的Bohr理论8.1.1历史的回顾Dalton原子学说(1803年)Thomson“西瓜式”模型(1904年)Rutherford核式模型(1911年)Bohr电子分层排布模型(1913年)量子力学模型(1926年)1.光和电磁辐射8.1.2氢原子光谱红橙

2、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：8.1.3Bohr原子结构理论Plank量子论(1900年)：微观领域能量不连续。Einstein光子论(1905年)：光子能量与光的频率成正比Ｅ＝hνＥ—光子的能量ν—光的频率h—Planck常量，h=6.626×10-34J·sBohr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上，能量最低——基态；原子获得能量后，电子

3、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：轨道能量原子能级n=3红（Hα）n=4青（Hβ）n=5蓝紫（Hγ）n=6紫（Hδ）Balmer线系其它线系式中：RH为Rydberg常数，其值：能级间能量差RH=2.179×10-18J氢原子各能级的能量：…8.2.1微观粒子的波粒二象性8.2.2不确定原理与微观粒子运动的统计规律§8.2微观粒子运动的基本特征1924年，deBroglie关系式1927年，Davisson和Germer应用Ni晶体进行电子衍射实验，证实电子具有波动性。E=hν,p=h/λ8.

4、2.1微观粒子的波粒二象性8.2.2不确定原理与微观粒子运动的统计规律1927年，Heisenberg不确定原理Δx—微观粒子位置的测量偏差Δp—微观粒子的动量偏差微观粒子的运动不遵循经典力学的规律。微观粒子的波动性与粒子行为的统计性规律联系在一起，表现为：微观粒子的波动性是大量微粒运动表现出来的性质，即是具有统计意义的概率波。8.3.2量子数§8.3氢原子结构的量子力学描述8.3.3概率密度与电子云8.3.4原子轨道与电子云的空间图像8.3.1Schrodinger方程与波函数••8.3.1Schrodinger方程与波函数••球坐标(r,θ,φ)与直角坐

5、标系的关系222zyxr++=cosrz=qsinsinry=φqcossinrx=φq(r,θ,φ)=R(r)·Y(θ,φ)坐标变换1.主量子数nn=1,2,3,4,5,6……正整数8.3.2量子数对应K,L,M,N,O,P……电子层与电子能量有关，对于氢原子而言，电子能量唯一决定于n。n愈大，电子离核平均距离愈远，能量愈高。l=0，1，2，3,4……,(n－1)对应着s,p,d,f,g…...电子亚层l受n的限制：n=1，l=0；1s亚层。n=2，l=0,1；2s,2p亚层。n=3，l=0,1,2；3s,3p,3d亚层。n=4，l=0,1,2,3；4s,

6、4p,4d,4f亚层。……2.角量子数lm=0，±1,±2，±3……±l；m决定原子轨道在核外的空间取向。l=0，m=0，s轨道为球形，只一个取向；l=1，m=0,±1，代表pz,px和py3个轨道；l=2，m=0,±1,±2，代表d亚层有5个取向的轨道：3.磁量子数mn主层l亚层m原子轨道1K01s01s2L012s2p00,±12s2pz,2px,2py3M0123s3p3d00,±10,±1,±23s3pz,3px,3py4N01234s4p4d4f00,±10,±1,±20,±1,±2,±34s4pz,4px,4py……4.自旋量子数ms电子自旋现象

7、的实验装置原子的单电子波函数，又称原子轨道波函数，例如：n=1，l=0，m=0即1s轨道；2s轨道；2pz轨道；轨道；0/301area-=p其中，()41,Y=pφq()0/3012arearR-=氢原子的基态：n=1，l=0，m=0式中，a0=52.9pm，称为Bohr半径。球形对称。角度部分电子云是电子出现概率密度的形象化描述。8.3.3概率密度与电子云：原子核外电子出现的概率密度。节面数=n－11s2s1s电子云的等密度面图。数字表示曲面上的概率密度。1s电子云的界面图。界面内电子的概率＞90%。D(r)径向分布函数。空间微体积1s态的最大值出现在近

8、核处，1s态的D(r)最大值出现在52.9pm处。氢