原子结构和分子结构

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1、原子结构作为常识，我们都知道，物质是由分子或原子构成的，原子又是由原子核和核外电子组成的，在原子核中有质子和中子1913年，丹麦的物理学家玻尔（N.Bohr)根据普朗克（Planck)的量子论和爱因斯坦（A.Einstein)的光子学说中光子能量与辐射频率的关系提出了玻尔氢原子结构理论。该理论指出：（1）原子核外电子不能在任意的轨道上运动，只能在符合玻尔量子化条件的、具有确定半径的圆形轨道上运动，这种轨道称为稳定轨道，电子在稳定的原子轨道上运动时，既不吸收能量也不放出能量。（2）电子在不同的稳定轨道上运动，其能量是不同的，轨道离核越远，能量越高；当原子处于能量最低的状态时称为基态，其它的状态

2、称为激发态（3）电子在不同的原子轨道间跃迁时，才能发生能量的辐射或吸收；通常情况下，电子处于基态，在高能量作用下，电子被激发到离核较远的高能量轨道后，会自发的跃迁回低能量轨道，同时发射出光谱核外电子运动状态的描述----薛定谔方程四个量子数的取值及物理意义1主量子数n主量子数用n表示，其取值为正整数，即n=1、2、3、4、5、6、7、……，各取值还可用相应的光谱符号K、L、M、N、O、P、Q、……来表示，主量子数取值相同的一组原子轨道为一个电子层，如n=1，为第一电子层即K层，n=2为第二层即L层……。主量子数确定了电子层，主量子数的大小表明了电子出现概率最大处离核的远近，即原子轨道离核的远

3、近，同时说明了原子轨道能量的高低。主量子数取值越大，电子出现概率最大处离核越远，能量越高。对单电子原子体系，其原子轨道的能量只决定于主量子数，只要主量子数相同，原子轨道的能量就相等；对多电子原子体系，原子轨道的能量同时受到主量子数和角量子数的影响，2角量子数l角量子数也叫做副量子数，用符号l表示，其取值规定为l=0、1、2、3、……、（n-1）。相应的光谱符号分别为s、p、d、f、g、h……，显然，角量子数的取值和取值个数是由主量子数决定的，如n=1时，=0，只有唯一的一个值；n=2时，=0、1，有两个取值。由角量子数的取值规则可见，角量子数的取值个数正好等于主量子数的值。角量子数取值相同的

4、一组原子轨道称为一个电子亚层，一个电子层中含有的电子亚层数等于该电子层所对应的主量子数的取值。角量子数表明了原子轨道角动量的大小，具体而言，它体现的是原子轨道在空间各个方向上的伸展情况，即决定了原子轨道的形状，角量子数取值不同，原子轨道的形状就不同，例如=0时的s轨道为球形，说明电子运动与角度无关；=1的p轨道为两个相切的球形等。角量子数还和主量子数一起决定多原子轨道的能量。3磁量子数m8m称为磁量子数，取值为m=0、±1、±2、……、±（-1）。磁量子数的取值和取值个数是由角量子数确定的，在一个电子亚层中，磁量子数的取值个数为2+1。磁量子数与原子轨道的能量无关，它体现的是电子绕核运动的角

5、动量在空间给定方向上的分量，即磁量子数确定的是原子轨道在空间的伸展方向。一个磁量子数的取值决定原子轨道的一种伸展方向，一种伸展方向就是一个原子轨道，因此，一个电子亚层中的原子轨道数与磁量子数的取值个数相同，即一个电子亚层中有2+1个原子轨道。例如=1的p电子亚层，为两个相切的球体，但这两个相切的球体在空间三维坐标系中是沿x轴、y轴分布还是沿z轴分布，就是由磁量子数决定的，此时，m=0、+1、-1，有三个取值，说明p轨道有三种空间伸展方向，该亚层中有三个原子轨道，他们分别沿着x、y和z轴分布。在一个电子亚层中，各原子轨道的能量是相等的，称这种能量相等的原子轨道为简并轨道,简并轨道的数目称为简并

6、度。但要注意的是,单电子原子体系与多电子原子体系简并轨道的情况是不同，由于单电子原子体系的原子轨道能量只决定于主量子数，所以，主量子数相同，电子层中各轨道的能量都是相等的，都是简并轨道，而在多电子原子中，n、l都相同的轨道为简并轨道。例题指出H原子和Cu原子中n=3的电子层中，有哪些原子轨道，哪些是简并轨道，简并度分别是多少？解：n=3的电子层中，电子亚层有3s、3p、3dH原子为单电子原子体系，3s、3p、3d都是简并轨道，简并度为9；Cu原子为多电子原子体系，3p亚层为简并轨道，简并度为3；3d亚层为简并轨道，简并度为5。4自旋磁量子数ms一条原子发射光谱经精密光谱仪分光后，可以得到频率

7、非常相近的两条谱线——光谱的精细结构，这种精细结构是难以仅仅用电子的轨道运动来解释的。为了说明光谱的精细结构，1925年乌伦贝克（Uhlenbeck)和歌德希密特（Goudsmit)提出了电子具有自旋运动的假设，认为电子绕核运动的同时还有自旋运动，电子的自旋有两种状态。为了描述电子的自旋运动，引入了自旋磁量子数,用ms来表示。ms的取值只有+和-两种。当两个电子的自旋磁量子数取值相同时，称为自旋平行，可用两个