第5章物质结构基础ppt课件.ppt

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1、物质结构基础第5章5.1原子结构的近代概念5.1.1波函数1.光的波粒二象性20世纪初，爱因斯坦提出了质能转换关系：E=mc2光具有动量和波长，也即光具有波粒二象性。由于E=hvc=vhv=mc2=mcv所以=h/mc=h/p式中，c为光速,h为普朗克常数，h=6.62610-34J·sˉ1，p为光子的动量。2.微观粒子的波粒二象性光的波、粒二象性揭示了光被人们忽略的另一面，反之，粒子是否也具有被忽视的另一面，即波动性质呢？德·布罗意(de·Broglie)提出微观粒子也具有波的性质，并假设：=h/mv式中，为粒子波的波长；

2、v为粒子的速率，m为粒子的质量电子衍射实验示意图1927年，粒子波的假设被电子衍射实验所证实。电子衍射示意图定向电子射线晶片光栅衍射图象实验时间较长的衍射图电子衍射具有与X－射线衍射相同的衍射条纹，电子具有波动性！！！电子波是一种遵循统计规律的概率波。后来发现，中子、质子、氢原子和氦原子等粒子流的衍射实验中可以观察到同样的衍射条纹。机械波－机械振动在介质中的传播，或者介质质点的振动。电磁波－由相互垂直的电场和磁场在空间以波的形式移动，其传播方向垂直于电场和磁场构成的平面。物质波－没有直接的物理意义，其强度反映出粒子出现概率的大小，故称概率波。物质波

3、的波函数如何求得？电子的波动性由其波动方程即波函数来描述。思考：电子运动能否用经典的牛顿力学来描述？为什么？量子力学区别于牛顿力学：1.微观粒子的能量是量子化的，不连续的；2.只能描述电子在某位置上出现的概率为多大；概率波函数Ψ平方量子力学原理波函数（Ψ）可以通过薛定谔方程来求解:为电子的波函数，又称原子轨道，是空间坐标x、y、z的函数。E为核外电子总能量，V为核外电子的势能，m为电子的质量。3.波函数与量子数在求解Ψ的过程中，需要引入三个参数（量子数）——n、l、m（1）主量子数(n)电子层的层数表示核外电子层数并确定电子到核的平均距离；确定单

4、电子原子的电子运动能量。对于氢原子或类氢离子，各状态的电子的能量只与n有关。n越大，E越大。n的取值：n=1，2，3，…n=1，2，3，4,···对应于电子层K，L，M，N,···（2）角量子数(l)取0，1，2，…，(n-1)的整数l=0，1，2，3分别对应s、p、d、f轨道。表示亚层，基本确定原子轨道的形状对于多电子原子，l与n共同确定原子轨道的能量。Ens

5、道的空间取向p轨道,m=-1,0,+1有三个空间取向图5.3原子轨道空间取向d轨道,m=-2,-1,0,+1,+2有五个空间取向除s轨道外，都是各向异性的Ψn,l,m描述原子中电子的运动，由n,l,m三个量子数所确定。电子还有自旋运动。(4)自旋量子数(ms)一个轨道中的电子可以有两种不同的自旋方向。ms取值：符号：↑,↓表示：顺、逆时针自旋。用四个量子数Ψ(210)描述电子的运动状态:n=2第二电子层，L层；l=12p能级，原子轨道呈双球形；m=02pz轨道，沿z轴取向；ms=+1/2顺时针自旋；ms=-1/2逆时针自旋。5.1.2电子云比如氢原

6、子基态的波函数r越小，概率密度越大；r越大，概率密度越小。∝ρψ无直观明确的物理意义,要通过来体现。概率密度光强度光强度光波振幅平方光子密度1、电子云与概率密度波动性：粒子性：假定我们能用高速照相机摄取一个电子在某一瞬间的空间位置，然后对在不同瞬间拍摄的千百万张照片上电子的位置进行考察，则会发现明显的统计性规律。即：电子经常出现的区域是一个球形空间。叠加图形被形象地称为电子云。电子云是空间某单位体积内找到电子的概率分布的图形，故也称为概率密度。基态氢原子核外电子的运动附图5.8电子云的统计概念（二维投影）a)单张照片；b)二张照片c)大量照片yx

7、ayxbyxb图5.9电子云示意图a)s电子云；b)p电子云；c)d电子云原子轨道角度分布图电子云的角度分布图5.2多电子原子的电子分布方式与周期系在已发现的112种元素中，除氢以外，都属于多电子原子。多电子原子除电子与核的作用势能外，还存在电子之间的作用势能，因此使得多电子原子体系的势能部分的表达非常复杂。氢原子轨道的能量仅决定于主量子数n，各轨道能量关系为:E1s＜E2s=E2p＜E3s=E3p=E3d＜……5.2.1多电子原子轨道的能级多电子原子轨道的能级取决于主量子数n和角量子数l：主量子数n相同时，l越大，能量越高Ens

8、