大化材102原子核外電子運動狀態(tài)

第二章物質的結構和材料的性質

原子結構和元素周期律分子結構和分子間力物質結構和材料的性質一、電子的波粒二象性1.經典物理學的原子結構的概念

Rutherford“太陽-行星模型”的要點：

(1)所有原子都有一個核即原子核；

(2)核的體積只占整個原子體積極小的一部分；

(3)原子的正電荷和絕大部分質量集中在核上；

(4)電子像行星繞著太陽那樣繞核運動。第1節(jié)原子核外運動狀態(tài)2.波的微粒性電磁波是通過空間傳播的能量。可見光只不過是電磁波的一種。

電磁波在有些情況下表現出連續(xù)波的性質，另一些情況下則更像單個微粒的集合體，后一種性質叫作波的微粒性。普朗克提出了當時物理學界一種全新的概念普朗克方程：E=hv(黑體輻射時能量密度按頻率分布)

1905年,愛因斯坦(EinsteinA)成功地將能量量子化概念擴展到光本身,解釋了光電效應。3.電子的波粒二象性

波爾以波的微粒性（即能量量子化概念）為基礎建立了氫原子模型。氫原子結構的量子力學模型--玻爾模型特征:①不連續(xù)的、線狀的;②是很有規(guī)律的。波粒二象性Bohr’smodelBohr理論的主要內容Bohr’smodel(1)關于固定軌道的概念玻爾模型認為,電子只能在若干圓形的固定軌道上繞核運動。它們是符合一定條件的軌道：電子的軌道角動量L只能等于h/(2

)的整數倍：

定態(tài)：電子只能處于上述條件所限定的幾個能態(tài)。所有這些允許能態(tài)之統(tǒng)稱。電子只能在有確定半徑和能量的定態(tài)軌道上運動,

且不輻射能量?；鶓B(tài):n值為1的定態(tài)。通常電子保持在能量最低的這一基態(tài)?；鶓B(tài)是能量最低即最穩(wěn)定的狀態(tài)。(2)關于軌道能量量子化的概念激發(fā)態(tài):指除基態(tài)以外的其余定態(tài).各激發(fā)態(tài)的能量隨n值增大而增高。電子只有從外部吸收足夠能量時才能到達激發(fā)態(tài)。(1)解釋了H及He+、Li2+、B3+的原子光譜(4)計算氫原子的電離能(2)說明了原子的穩(wěn)定性(3)對其他發(fā)光現象（如Ｘ射線的形成）也能解釋Bohr理論的成功之處(2)不能解釋氫原子光譜在磁場中的分裂(1)不能解釋氫原子光譜的精細結構(3)不能解釋多電子原子的光譜Bohr理論的不足之處4.原子結構的波動力學模型(1)海森堡的不確定原理:不可能同時測得電子的精確位置和精確動量！

(2)具有波粒二象性的電子，不再遵守經典力學規(guī)律，它們的運動沒有確定的軌道，只有一定的空間概率分布。實物的微粒波是概率波。

薛定諤等則以微粒波動性為基礎建立起原子的波動力學模型。二、描述電子運動狀態(tài)的四個量子數1.主量子數n(1)確定電子出現概率最大處離核的距離。(2)與電子能量有關，對于氫原子，電子能量唯一決定于n(3)不同的n值，對應于不同的電子殼層１２３４５……..

KLMNO……..2.角量子數l(1)與角動量有關，對于多電子原子,l

也與E有關(2)l的取值0，1，2，3……n-1(亞層）

s,p,d,f…...

(3)l決定了ψ的角度函數的形狀

n1

10201301240123(亞層)spdf3.磁量子數m(1)與角動量的取向有關，取向是量子化的(2)m可取0，±1,±2……±L(3)取值決定了ψ角度函數的空間取向(4)L值相同的軌道互為等價軌道

Lm軌道數

0(s)011(p)-1,0,+132(d)-2,-1,0,1,253(f)-3,-2,-1,0,1,37s軌道(L=0,m=0,)m一種取值,一種取向,一條s

軌道p軌道(L=1,m=+1,0,-1)m三種取值,三種取向,三條等價(簡并)p軌道d軌道(l=2,m=+2,+1,0,-1,-2):m五種取值,空間五種取向,五條等價(簡并)d軌道f軌道(l=3,m=+3,+2,+1,0,-1,-2,-3):m七種取值,空間七種取向,七條等價(簡并)f軌道4.自旋量子數ms

(1)描述電子繞自軸旋轉的狀態(tài)(2)自旋運動使電子具有類似于微磁體的行為(3)ms

取值+1/2和-1/2，分別用↑和↓表示三個量子數確定原子軌道：n,l,m

四個量子數描述核外電子運動狀態(tài)：n,l,m,ms

二個量子數確定原子軌道能量：n,l

練習：寫出與軌道量子數n=4,l=2,m=0的原子軌道名稱。三、電子運動狀態(tài)描述的三種方法波函數=薛定諤方程的合理解=原子軌道1.薛定諤方程和波函數(1)求解薛定諤方程,就是求得波函數ψ和能量E;(2)解得的ψ不是具體的數值,而是包括三個常數(n,l,m)和三個變量(r,θ,φ)的函數式。(3)有合理解的函數式叫做波函數ψ(n,l,m)(r,θ,φ);到電子云Ψ2(r,θ,φ)2.波函數Ψ和電子云|Ψ|2一條軌道是一個數學函數,很難闡述其具體的物理意義，只能將其想象為特定電子在原子核外可能出現的某個區(qū)域的數學描述。

電子云（|Ψ|2）的物理意義是概率密度，表達微粒在空間某點單位體積內出現的概率。要求牢記：s,p,d電子云的形狀；

s,p,d電子云在空間的伸展方向。原子軌道（波函數Ψ）與電子云（|Ψ|2）的區(qū)別：原子軌道有正負之分，電子云不再有“+”、“-”