[理学]第五章_原子结构与分子结构

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1、第五章原子结构与分子结构5.1原子结构5.1.1核外电子运动的特殊性＋+上述实验中K为负极，材料可以为金属，也可是气体（H249），B为正极，两级电压很高。P为屏幕，电子打击后会有显示。无磁铁时，正对狭缝有电子打击屏幕，有磁铁时，会偏转。5.1.2　原子结构模型49495.1.3　核外电子运动特点氢原子发射光谱49――里德堡经验式―――现在的解释49上述实验现象只能解释为电子从较高能量状态变为稳定的状态（基态），同时释放部分能量――光子的能量。若电子在核外运动的能量连续，光谱应该连续，否则，电子的能量状态是一定的、不连续变化的。这就提出了电子在核外的分布按照能级层排列，每一层具有对

2、应的能量――即能量量子化（受光电现象启发）。电子衍射实验电子衍射实验表明电子即具有波动性也具有粒子性。49电子衍射示意图CsI箔电子衍射图49　核外点子运动特点：1）具有不同能量，但不连续变化，而是量子化；2）具有波粒二象性；3）高速运动，但不能用经典牛顿力学定律描述，无确定的轨迹，只能用统计的方法来描述，即用出现的概率来描述。5.1.4　量子力学处理概要1）用波函数ψ(x,y,z,t)来描述原子（电子和核）的运动状态。对于基态（稳定状态），运动不随时间变化，此时：49ψ(x,y,z)――稳态波函数；若随时间变化，则：ψ(x,y,z,t)――含时波函数。原子运动时，核几乎没有变化，

3、只是电子运动状态的改变，故ψ(x,y,z,t)实际是相当于以核（静止）作参照的电子运动状态。波函数ψ(x,y,z)（可以是复数）的模ψ(x,y,z)2＝ψ(x,y,z)×ψ(x,y,z)*表示出现在空间（x，y，z）点的概率密度。1）核外电子运动符合某些规律――相应的运动方程――典型的运动方程之一――薛定格49（Schrödinger）方程。1）量子力学处理的结果定性（解释）结果a)按照能量，电子分层排布，用主量子数n表示。能量由低向高，n分别为1；2；3；4―――；ｎ也大致表示了离核的远近，n越小，离核越近。之所以说“大致”是因为外层的电子也有可能在内层的空间运动，而不是象球壳一

4、样分布。b)49在每一主能级层(n相同)的电子能量是简并的（所谓简并，就是大致相等，高分辨下有稍微差异），不同能级层的能量不同，体现量子化特征。a)电子在核外运动有一定的空间与伸展方向―――原子轨道。电子在原子轨道中运动时，相当于一个带电体的运动―――运动形式之一―――绕核转动，此时具有角动量（矢量），角动量L在x、y、z轴具有分量。49因电子带电，在轨道中运动时也相当于以带电体运动，此时具有磁矩（矢量），磁矩在x、y、z轴方向也具有分量。原子、分子常在电磁场下（光谱实验等），一般将电磁场的方向规定为z轴方向。轨道运动具有角动量，就产生相应的磁矩，磁矩在z轴有分量，这一分量与外加磁

5、场会发生相互作用，故常讨论z轴分量。　　L的取值也是量子化的，只能取某些值，用l来限定，但l受到n取值影响，有下述关系：ｎ一定时，ｌ可取的值为：0；1；2；―――(n-1)。L在z轴的分量取值也是量子化，由m（磁量子数）来限定，在某一个l值之下，m的取值只能为0；±1；±2；―――±ｌ。49原子轨道在空间有一定的伸展方向（相对于z轴有一定的夹角），而这种夹角决定了就决定了轨道角动量在z轴方向的分量，也就决定了m取值的大小。由n、l、m决定了波函数的空间形状与伸展方向，即原子轨道ψnlm。每一类原子轨道是简并的。原子轨道类别　spdf空间伸展方向1357空间伸展方向决定了这类轨道的数

6、目。P轨道（三个）49ｄ轨道（五个）49ｆ轨道（七个）电子在轨道中运动时，有两种自旋方式―――顺时针方向与逆时针方向。自旋也产生角动量，该角动量在磁场方向也有分量，其分量由自旋磁量子数49s来决定，s只能为±1/2。自旋不同时，在磁场与高分辨仪器下电子具有的能量也会产生一定细微差异。由n、l、m、s四个量子数决定了电子在什么（形状）空间运动、具有的能量的相对高低、角动量的大小取值、自旋方式。于是多电子原子，核外电子分层排布：层对应于n＝1，2，3，4又　K，L，M，N层49电子层主要是按照能量高低来分的，也大致是离核的远近距离。每一层电子（多于2个之后），又分为一些亚层：层　　　K

7、　　　L　　M　　　　　N亚层　　s　　s,ps,p,ds,p,d,f5.1.5　能级交错在多电子原子中，电子一方面受到核的吸引，另一方面受到其它电子的斥力。对于多电子原子，核的吸引力是一定的。屏蔽作用：49电子之间的排斥作用相当于减小了核对电子的引力，这一作用称为屏蔽作用（效应）。屏蔽作用使电子尽可能远离核的吸引，能量升高。钻穿作用由于原子轨道在空间的形状与位置，使得有一些原子轨道有一部分空间伸展到内层，称为原子轨道的钻穿效应，结果是使电子更靠近核，能量更低。屏蔽效