第04章 物质结构基础

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1、第四章物质结构基础第一节氢原子结构的近代概念一氢原子光谱和玻尔理论1氢原子的光谱在可见光区有五条明线2里德堡用一公式归纳了氢原子的光谱的频率：ν=3.29×1015()s-1其中n为正整数，且n1

2、后，由一种定态(E1)激发到另一种定态（E2）。激发态不稳定，瞬时恢复到基态(或能量较低的定态)—跃迁，同时辐射出光子。6光子的能量为二定态能量之差：hν=E2-E1由此可算得：ν=3.29×1015()s-17n=1.2.3.4.5…(正整数）—量子数二原子结构的近代概念1核外电子运动的特殊性质量极小，速度极大的电子，其运动完全不同于宏观物体,不遵守经典力学规律8(2)波-粒二象性。德布洛依提出：“半径”量子化。即：E=-21.8×10-18/n2J即:r=a0n2实物粒子具有波性。(1)量子化特征。包括

3、能量量子化他给出了一个德布洛依关系式：这种实物粒子的波称物质波又称德布洛依波。例如：一个电子m=9.11×10-11gυ=106m.s-1按德布洛依关系此电子λ=727pm9此λ值与x-射线的相同。电子衍射实验证实了德布洛依波的存在。(3)统计性。电子的波性是大量电子(或少量电子的大量)行为的统计结果。所以:物质波是统计波。102波函数与原子轨道对于电子波，薛定谔给出一个波动方程:解此方程可得：①系统的能量E；②波函数ψ。ψ是描述电子运动状态的数学函数式。11如：解此方程时自然引入三个量子数：n、l、m。只

4、有它们经合理组合,ψnlm才有合理解。3量子数的物理意义⑴量子数的取值和符号nlm(主量子数)(角量子数)(磁量子数）1.2.3.…∝0.1.2.…(n-1)0±1±2..±lK.L.M.Ns.p.d.f12ψnlm称原子轨道(不是轨迹!)。⑵量子数的意义n电子的能量；电子离核的平均距离。—电子层的概念l原子轨道的形状:s—球形；p—双球形，等在多电子原子中影响能量—电子亚层的概念13m原子各形状轨道（电子云）在空间的伸展方向数（每一个m值，对应一个方向）。d轨道（电子云）有五个方向：14如三个p电子云的三

5、个方向。m值不影响能量。n、l相同,m不同的原子轨道称简并轨道。15此外，还有自旋量子数—ms：取值：符号：↑,↓表示：顺、逆时针自旋。16(3)电子运动状态的描述*表示原子轨道(波函数):ψ(100)=ψ100=ψ1s称1s轨道;ψ(200)=ψ200=ψ2s称2s轨道;ψ(210)=ψ210=ψ2p称2p轨道;*用四个量子数描述电子的运动状态,如:n=2第二电子层。l=12p能级，其电子云呈亚铃形。m=02pz轨道，沿z轴取向。ms=+顺时针自旋。17*按四个量子数间的关系，可以确定每一电子层中可能存在

6、的电子运动状态数即每一电子层中的电子数目。4电子云ψ无直观明确的物理意义,它的物理意义是通过来体现的。表示：电子在空间某位置上单位体积中出现的几率—几率密度。18*电子云图若用小黑点的疏密表示的大小，可得一黑点图，称电子云。也可用界面图表示“界面”指几率为90-95%的等密度面。19右图为1s电子云图。5原子轨道和电子云的图象作为函数式ψ也可以做图。为做图方便，做如下处理：ψ(xyz)—ψ(rθφ)—R(r)Y(θφ)对R做图，称原子轨道的径向分布图；对Y做图，称原子轨道的角度分布图；对R2做图，称电子云的

7、径向分布图；对Y2做图，称电子云的角度分布图。2021注意：这些图象仅是函数的图形，不表示原子轨道或电子云的实际形状。1s、2s、2p电子云径向分布图22第二节多电子原子结构与元素周期系一核外电子的分布原则1泡利不相容原理：同一原子中，不可能有四个量子数完全相同的两个电子。因此，同一轨道只能容纳两个自旋相反的电子。232能量最低原理：基态原子中，电子是尽先占据能量最低的原子轨道。243洪特规则：等价轨道上的电子，将尽先分占不同轨道而且自旋平行。此外，电子处于全满(s2,p6,d10,f14)、半满(s1,p

8、3,d5,f7)、全空(s0,p0,d0,f0)时统较稳定。二原子轨道的能级*对于氢原子，轨道能级由n来决定；27*对于多电子原子，轨道能级由n、l决定。*常用近似能级图表示原子轨道能级的高低规律。1近似能级图⑴近似能级图*l相同时，轨道能级随n而增。*n相同时，轨道能级随l而增。26如：E1s