【5A版】大学化学-原子结构.ppt

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1、大学化学——原子结构大学化学—原子结构核外电子运动状态的描述经典波（如水波）：可用波动方程来准确描述其运动轨迹。具有波粒二象性的电子是否也有相应的波动方程呢?1926年，奥地利物理学家薛定谔，提出了著名的薛定谔方程描述微观粒子运动状态的方程式（二阶偏微分方程）势能，表示原子核对电子的吸引总能量普郎克常数电子质量波函数原则上讲，只要找出体系势能（V）的表达式，带入薛定谔方程，便可得到波函数（），即求出电子的运动状态。但是，解薛定谔方程并非易事，至今只能求解单电子体系（H,He+,Li2+）的薛定谔方程。在此，我们只用其结论。波函数、原子轨道－就是薛定谔方程的解。可见，波函

2、数就是描述核外电子运动状态的数学函数式。(x,y,z)量子力学中，要使所得的解有特定物理意义，中的n,l,m三个量子数必须符合一定条件n,l,m（x,y,z）1、波函数（）原子轨道量子力学中，把原子体系的每一个波函数称为一条原子轨道。如n=2，l=0，m=0，波函数2,0,0就称为2s原子轨道因而，波函数与原子轨道同义，常混用。or：原子轨道是由三个量子数（n，l，m）所确定的一个波函数n,l,m（x,y,z）。解薛定谔方程可得到一个波函数，也就得到一条原子轨道。四个量子数【即】三个量子数(n,l,m)一定时就确定了一个波函数或一条原子轨道也就确定了核外电

3、子的一种空间运动状态。(1,0,0);(2,0,0);【但是】要使其合理，需要指定三个量子数n，l，m；【后来】原子光谱的精细结构表明核外电子除空间运动外，还有一种“自旋运动”，用自旋量子数ms表示。n，l，m，mS称为四个量子数。1、主量子数n【意义】描述电子出现概率最大的区域离核的距离，是决定电子能量高低的主要因素（但不是唯一因素）。n越小，电子离核越近，能量越低。n越大，电子离核越远，能量越高。【n的取值及符号】1，2，3，4……n正整数光谱学上用K，L，M，N……表示分别称为第一、第二、第三…….第n电子层2、角量子数l研究发现，n＝1，只有1种原子轨道n＝2，

4、有2种原子轨道；n＝3，有3种原子轨道为了表示此现象，引入角量子数（l）【l的取值及符号】受主量子数n的限制；用s，p，d，f，g……表示。l:0，1，2，3，4……(n-1)，共n个取值。l=0：s轨道，形状为球形，即3s轨道；zxsl=1：p轨道，形状为哑铃形，3p轨道;l=2：d轨道，形状为花瓣形，3d轨道;因此，在第三层上，有3种不同形状的轨道（亚层）当n=3时l可取0，1，2【l的意义】（1）决定原子轨道（或电子云）的形状，即表示亚层（2）决定电子空间运动的角动量（3）在多电子原子中与n共同决定电子能量的高低【亚层】同一层中(n相同)不同形状的轨道第n层有多少个亚

5、层？有n个电子亚层如n=4，l可取0，1，2，3，分别表示4s、4p、4d，4f亚层；【因此】l标志电子亚层3、磁量子数mn=2,l=1（2p亚层）,发现在空间有3种不同的取向n=3,l=2（3d亚层）,发现在空间有5种不同的取向为了表示此种现象，引入磁量子数（m）【m的取值及符号】受角量子数l的限制对于给定的l，m可取0，1，2，3，…l，共（2l+1）个值。这些取值意味着？在角量子数为l的亚层有（2l+1）个取向，即有（2l+1）条取向不同的原子轨道。s轨道：l=0,m=0,只有一种空间取向，所以s轨道为球形。zxsp轨道：l=1,m=0,+1,-1,在空间有三

6、种取向。d轨道：l=2,m=0,+1,-1,+2,-2,在空间有五种取向；f轨道：l=3,m=0,+1,-1,+2,-2,+3,-3，七个值在空间有七种取向；f轨道为花瓣形。【m的物理意义】描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向。每一个m的取值，对应一种空间取向。m的不同取值，意味着原子轨道的空间取向不同，但一般不影响能量。【简并】把同一亚层（即l相同），伸展方向不同的原子轨道称为等价轨道或简并轨道。l=1,m=0,+1,-1,有3种空间取向。Px，Py，Pz为3条简并轨道，或者说p轨道是3重简并的。d轨道有5种不同的空间取向，d轨道是5重简并的。f轨道有7种不同的空间取向，

7、f轨道是7重简并的。【小结】量子数与电子云的关系主量子数n：决定电子云的能量；角量子数l：描述电子云的形状；磁量子数m：描述电子云的空间取向；n,l,m一定，原子轨道也就确定4、自旋量子数ms用高分辨光谱仪研究原子光谱时发现：在无外磁场作用时，每条谱线由两条十分接近的谱线组成。为了解释这种现象，认为电子有自旋运动，并提出了自旋量子数，用ms表示。因此，电子既围绕原子核旋转运动，也自身旋转。ms的取值只有两个：+1/2和-1/2；即电子的自旋方式只有两种，通常用“”和“”表示。【注意】【1】指定三个量子数n，l，