结构化学课件2-2

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1、验证自旋的实验—施特思-格拉赫实验施特恩(O.Stern，1888-1969)美国实验物理学家，格拉赫(W.Gerlach.1899-1979)德国实验物理学家，施特恩发现分子射线和发现质子的磁矩，于1943年获得诺贝尔物理学奖。施特恩和格拉赫于1921年首先从实验发现类氢元素中的电子具有自旋，如右图是实验装置简图，其中F为原子源，D为狭缝，N和S为产生不均匀磁场的磁铁的两个磁极，P为屏，实验发现，锂原子射线在磁场作用下，分裂为上、下对称的两条，这个实验结果说明，在外磁场中，锂原子中电子的自旋有两个取向，一个平行于磁场，另一个与磁场相反，所以，实验观察到锂原子射线在磁场中分裂为对称的两条

2、，此外还发现，银、铜这些原子也有相同结果。自旋近代物理的无数实验证明：自旋是标志各种粒子（电子、中子、质子、光子等）的一个很重要的物理量，它是微观粒子的一种基本性质，对其本质的认识还有待进一步深入。有人认为，自旋的存在，标明微观粒子还有一个新的自由度.例如，英国物理学家霍金认为粒子的自旋指的是，从不同方向看粒子是什么样子的，一个自旋为0的粒子像一个圆点，从任何方向看都一样如图（a）；而自旋为1粒子像一个箭头，从不同方向看是不同的（见图（b）），只有当它转过完全的一圈（360°)时，这粒子才显得是一样；自旋为2的粒子像个双箭头（见图（c）），只要转过半圈（180°)，看起来便是一样的了。但

3、是有些粒子显得不同，必须使其转两整圈，才能使它显得和原先一样，这样的粒子具有1/2的自旋。根据粒子的自旋状态，可以将它们分为两大类，自旋量子数为半整数(即1/2，3/2等等)的粒子称为费米子。质子和中子的自旋量子数与电子一样，都是1/2，所以它们都是费米子。自旋量子数为整数(即0，1，2，3等等)的粒子称为玻色子，光子的自旋为1，所以它是玻色子。。第三节.波函数和电子云图波函数（，原子轨道）和电子云（2在空间的分布）是三维空间坐标的函数，将它们用图形表示出来，使抽象的数学表达式成为具体的图像，对了解原子的结构和性质，了解原子化合为分子的过程具有重要意义。2.3.1Ψ－r图和Ψ2－r图

4、：一般用于表示波函数只是r的函数、跟θ、Φ无关的ns态电子在离核为r的圆球面上波函数和电子云的数值 。某些量的原子单位：a0=1,me=1,e=1,40=1,h/2=1,e2/40a0=1H（Z=1）原子的1s和2s态波函数采用原子单位可简化为：0.60.50.40.30.20.1021s012345r/a00.20.10－0.12s02468r/a0●对于1s态：核附近电子出现的几率密度最大，随r增大稳定地下降；●对于2s态：在r2a0时，分布情况与1s态相似；在r=2a0时，=0，出现一球形节面（节面数=n-1）；在r2a0时，为负值，到r=4a0时，负值绝对

5、值达最大；r4a0后，渐近于0。●1s态无节面；2s态有一个节面，电子出现在节面内的几率为5.4%，节面外为94.6%；3s态有两个节面，第一节面内电子出现几率为1.5%，两节面间占9.5%，第二节面外占89.0%。S态电子云示意图2.3.2径向分布图：●径向分布函数D：反映电子云的分布随半径r的变化情况，Ddr代表在半径r到r+dr两个球壳夹层内找到电子的几率。●将2(r,,)d在和的全部区域积分，即表示离核为r，厚度为dr的球壳内电子出现的几率。○将(r,,)＝R(r)()()和d＝r2sindrdd代入，并令s态波函数只与r有关，且()(

6、)=1/(4)1/2，则D=r2R2=4r2s20510152024r/a01s2s2p3s3p3d0.60.300.240.160.0800.240.160.0800.160.0800.120.080.0400.120.080.040r2R2☆1s态：核附近D为0；r＝a0时，D极大。表明在r＝a0附近，厚度为dr的球壳夹层内找到电子的几率要比任何其它地方同样厚度的球壳夹层内找到电子的几率大。☆每一n和l确定的状态，有n－l个极大值和n－L－1个D值为0的点。☆n相同时：l越大，主峰离核越近；l越小，峰数越多，最内层的峰离核越近；l相同时：n越大，主峰离核越远；说明n小的轨道靠

7、内层，能量低；☆电子有波性，除在主峰范围活动外，主量子数大的有一部分会钻到近核的内层。2.3.3原子轨道等值线图：(原子轨道)随r，，改变，不易画出三维图，通常画截面图，把面上各点的r,,值代入中，根据值的正负和大小画出等值线，即为原子轨道等值线图。将等值线图绕对称轴旋转，可扩展成原子轨道空间分布图。2pz：最大值在z轴上离核±2a0处，xy平面为节面(n-1)；3pz：与2pz轮廓相似，在离核6a0处多一球形节面；氢