无机化学第一章原子结构ppt课件.ppt

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1、§1.1微观粒子的波粒二象性§1.2氢原子核外电子的运动状态§1.4原子结构和元素周期律第一章原子结构§1.3多电子原子核外电子的运动状态§1.1微观粒子的波粒二象性1.1.1氢光谱和玻尔理论氢放电管电子束氢原子光谱示意图不连续光谱,即线状光谱其频率具有一定的规律氢原子光谱特征：玻尔理论1913年丹麦物理学家玻尔(N.Bohr)在planckM量子论andEinsteinA光子论的基础上提出了他的原子模型：在氢原子中，电子可处于多种稳定的能量状态,其能量大小必须满足：轨道半径是：r=Bn2式中，负号表示原子核对电

2、子的吸引；n为量子数可以是任意正整数1，2，3….；B核外电子离核距离的最小单位。n值愈大，表示电子离核愈远，原子能量愈高。波粒二象性问题：1.波粒二象性是什么意思？2.电子或微粒的波粒二象性是如何被证明的？1.1.2微观粒子的波粒二象性光的波粒二象性光的干涉、衍射现象表现出光的波动性光压、光电效应则表现出光的粒子性说明光既具有波的性质又具有微粒的性质，称为光的波粒二象性(wave-particledualism）1927年，德布罗依的假设为戴维逊(DavissonCJ)和盖革(GeigerH)的电子衍射实验所证

3、实。电子衍射图1.1.3微观粒子波粒二象性的特点问题：1.是否波长越长，波动性越大？2.实物微粒波动性与光波动性的区别是什么？或者是实物微粒波动性的特点是什么？3.实物微粒包括电子的运动状态可以用牛顿定律来描述么？测不准原理波粒二象性的微粒，它们的运动并不服从牛顿定律，不能同时准确测定它们的速度和位置。1927年，海森堡(HeisenbergW)经严格推导提出了测不准原理。其数学表达式为：xph其中，x(位置误差)与p(动量误差)的乘积为一定值h（h为普朗克常量），因此，也就无法描绘出电子运动的轨迹来

4、。说明核外电子运动不可能沿着一个玻尔理论所指的固定轨道运动，而只能用统计的方法，指出它在核外某处出现的可能性——概率的大小。如：电子在核外某处出现的概率大小图——电子云。就是形象化地用来描述概率的一种图示方法。由图可知：离核愈近，概率密度愈大。综上所述，微观粒子运动的主要特征是：具有波粒二象性，具体体现在量子化和统计性上。由此可见，波粒二象性是微观粒子运动的特征。因而描述微观粒子的运动不能用经典的牛顿力学理论，而必须用描述微观世界的量子力学理论。（1）薛定谔方程1926年，奥地利物理学家薛定谔(E.Schrodi

5、nger)根据电子具有波粒二象性的概念，提出了微观粒子运动的波动方程：ψ：波函数，描述微观粒子的运动状态h：普朗克常数m：粒子质量E：总能量V：体系的势能x、y、z：空间坐标1.2氢原子核外电子的运动状态1.2.1波函数和薛定谔方程问题：波函数和薛定谔方程波函数表示的是什么？：波函数，又称之为原子轨道，可以理解为“电子在原子中的运动状态”描述原子核外电子运动状态的数学函数式。物理意义：

6、

7、2代表电子在空间单位体积内出现的几率密度

8、

9、2值大，单位体积内电子出现的几率大

10、

11、2值小，单位体积内电子出现的几率小（

12、2）波函数()波函数()为了有利于薛定谔方程的求解和原子轨道的表示，把直角坐标(x,y,z)变换成球极坐标(r,,)，其变换关系见下图。左图为直角坐标与球极坐标的关系问题：波函数波函数的求解可以分成哪几个部分？分别是什么？波函数n,l,m(r,,)通过变量分离可表示为：n,l，m(r,,)=Rn,l(r)l,m(,)此波函数n,l,m即所谓的原子轨道“波函数是原子轨道的同义词”径向波函数：原子轨道的径向部分Rn,l(r)：只与离核半径有关。角度波函数：原子轨道的角度部分l,m(,

13、)：只与角度有关。氢原子的部分波函数(r0为玻尔半径）2px2py2,1,±12pz2,1,02s2,0,01s1,0,0Y(,)R(r)轨道量子数(r,,)=R(r)•Y(,)问题：波函数1.限定波函数的量子数有几个？2.每个量子数分别限定原子轨道（电子运动状态）的什么？1.2.2量子数(1)主量子数(n)在同一原子内，具有相同主量子数的电子，可看作构成一个核外电子“层”。n取值1,2,3,……正整数不同的n值，对应于不同的电子层：１　２　３　４　５…KLMNO…与电子能量有关。n值越小，电子出

14、现概率最大的区域离核越近，电子运动状态的能量越低。（2）轨道角动量量子数(l)具有相同l值的可视为处于同一“亚层”。l的取值：0，1，2，3……（n－1）。对应的光谱符号：s,p,d,f…...(n－1个亚层)l决定了ψ的角度函数（原子轨道和电子云）的形状。(3)磁量子数(m)m值反映了电子云(或原子轨道)在空间的伸展方向m可取0，1，2，3，…l，共2l+1个值