原子结构与元素周期系1.2原子结构的量子力学模型

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1、第一章原子结构与元素周期系1.2原子结构的量子力学模型1.1原子结构理论的发展概况1.3原子的电子层结构与元素周期系1.4原子结构与元素性质的关系一、英国物理学家汤姆森(J.J.Thomson)1.1原子结构理论的发展概况1884年担任著名的卡文迪许实验室主任1897年通过阴极射线实验发现了电子1906年获得诺贝尔物理奖。1904年提出原子的“枣糕模型”，认为“电子是均匀地分布在正电荷的海洋中”。汤姆森汤姆森提出的“枣糕模型”二、英国物理学家卢瑟福(E.Rutherford)1.1原子结构理论的发展概况1895年在剑桥大学攻读博士学位期间直接受到汤姆森的指导19

2、08年获得诺贝尔化学奖1911年根据粒子散射实验的结果提出原子的“含核模型”，也称为“行星模型”1919年接替汤姆森担任卡文迪许实验室主任。卢瑟福粒子散射实验模拟动画卢瑟福提出的“行星模型”“行星模型”认为电子在原子核内绕核旋转如同行星绕太阳运动一样。1.1原子结构理论的发展概况三、丹麦物理学家玻尔(NielsH.D.Bohr)1885年生于丹麦的哥本哈根1911年获得博士学位1913年结合普朗克量子论发表了长篇论文《论原子构造和分子构造》，创立了原子结构理论。1922年获得诺贝尔物理奖。卢瑟福是汤姆森六位获诺贝尔奖的学生之一，而他本人又指导包括玻尔在内的十

3、一位诺贝尔奖获得者。1.1.3玻尔理论1、“玻尔理论”的要点（1）原子内电子按能级分层排布；（2）各能级间能量是不连续的，即量子化；（3）只有电子在不同能级间产生跃迁时才有能量的吸收或放出；2、应用“玻尔理论”解释氢光谱“玻尔理论”不能说明多电子原子光谱，也不能说明氢原子光谱的精细结构！H1.1.3玻尔理论氢原子光谱实验示意图四、奥地利物理学家薛定锷(E.Schrödinger)1.1原子结构理论的发展概况1926年，薛定锷在考虑实物微粒的波粒二象性的基础上，通过光学与力学的对比，提出了描述微观粒子（包括原子内的电子）运动的基本方程，即著名的薛定锷方程：采用薛定

4、锷方程来描述原子内电子的运动状态，即原子结构的量子力学模型。一、电子运动的特性1.2原子结构的量子力学模型1、波粒二象性1680年，牛顿提出光具有粒子性，认为光就是能做直线运动的微粒流。1690年，惠更斯提出光具有波动性，能解释光的干涉、衍射等现象。大科学家牛顿1、波粒二象性1905年，爱因斯坦用光子理论成功地解释了光电效应，提出光既有粒子性，又有波动性，即光具有波粒二象性。1.2.1电子运动的特性大科学家爱因斯坦1、波粒二象性1924年，法国物理学家德布罗依受到光具有波粒二象性的启发，提出了电子等实物粒子也具有波粒二象性的假设。该假设在1927年被电子衍射实验

5、所证实。1.2.1电子运动的特性法国物理学家德布罗依1.2.1电子运动的特性电子衍射实验2、测不准原理1927年，德国科学家海森堡提出测不准原理，即对具有波粒二象性的微粒，不可能同时准确测定它们在某瞬间的位置和速度（或动量）。1.2.1电子运动的特性德国科学家海森堡1.2原子结构的量子力学模型二、电子的运动状态1、薛定锷方程Ψ：波函数E：体系的总能量V：体系的势能m:微粒的质量h:普朗克常数,其值为6.63×10-34J·s薛定锷2、波函数1.2.2电子的运动状态（1）坐标变换（2）变数分离：径向波函数：角度波函数xyz3、概率密度与电子云1.2.2电子的运动状

6、态概率密度：电子在核外某处单位体积内出现的概率称为该处的概率密度。电子云：电子在核外各处出现的概率密度大小的形象化描绘。离核半径概率密度3、概率密度与电子云1.2.2电子的运动状态壳层概率=r处的概率密度×壳层体积rdr离核距离为r的球壳薄层示意图氢原子1s电子的壳层概率与离核半径的关系3、概率密度与电子云1.2.2电子的运动状态等密度面电子云界面图4、四个量子数1.2.2电子的运动状态（1）主量子数（n）a.决定电子在核外出现概率最大区域离核的平均距离b.取值范围：正整数，n=1,2,3…c.代表层次：n值12345…n值代号KLMNO…d.决定电子能量的高低

7、：n值越大，电子能量越高。4、四个量子数1.2.2电子的运动状态（2）角量子数（l）a.描述原子轨道的不同形状，表示电子层中各个不同的电子亚层。b.取值范围：l可取0~n-1之间的整数l值0123…l值符号spdf…原子轨道的形状4、四个量子数1.2.2电子的运动状态（2）角量子数（l）nl亚层数原子轨道101s20,12s,p30,1,23s,p,d40,1,2,34s,p,d,f4、四个量子数1.2.2电子的运动状态（2）角量子数（l）c.对电子能量有影响：单电子原子（H）：n相同，l不同：Ens=Enp=End=Enfn不同，l相同：E1s

8、s