浙江大学普通化学(第六版)第五章课件 物质结构基础

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1、物质结构基础第5章第5章目录5.1原子结构的近代概念5.2多电子原子的电子分布方式和周期系5.3化学键与分子间相互作用5.4晶体结构历史的回顾Dalton原子学说(1803年)Thomson“西瓜式”模型(1904年)Rutherford核式模型(1911年)Bohr电子分层排布模型(1913年)量子力学模型(1926年)1.Dalton原子论1803年化学元素的最小单元是原子，原子不可再分。有了原子量的概念。2.电子的发现19世纪末Thomson电子是组成原子的一种微粒。“西瓜式”模型3.Rutherford核式原子结构模型1911年提出原子核的概念（行星式、枣糕式）5.1.1波函数1光

2、的波粒二象性20世纪初，爱因斯坦提出了质能转换关系：E=mc2光具有动量和波长，也就是说光具有波粒二象性。由于E=hvc=vhv=mc2=mcv所以=h/mc=h/p式中，c为光速,h为普朗克常数，h=6.62610-34J·sˉ1，p为光子的动量5.1原子结构的近代概念2微观粒子的波粒二象性光的波、粒二象性揭示了光被人们忽略的另一面，反之，粒子是否也具有被忽视的另一面，即波动性质呢？1924年，德·布罗意(de·Broglie)提出微观粒子也具有波的性质，并假设：=h/mv式中，为粒子波的波长；v为粒子的速率，m为粒子的质量电子衍射实验示意图图5.1电子衍射示意图

3、1927年，粒子波的假设被电子衍射实验所证实。定向电子射线晶片光栅衍射图象概率波3波函数与量子数1926年，奥地利物理学家薛定谔（Schrödinger）提出了微观粒子运动的波动方程，即薛定谔方程：其中，为波动函数，是空间坐标x、y、z的函数。E为核外电子总能量，V为核外电子的势能，h为普朗克常数，m为电子的质量。(x,y,z)波函数变换为球面坐标：x=rsinθcosφy=rsinθsinφz=rcosθr2=x2+y2+z2图5.3球面坐标变换rsinzxy•P(x,y,z)z=rcosθx=rsinθcosφy=rsinθsinφφθr(x,y,z)(r,,Φ)在整个

4、求解过程中，需要引入三个参数，n、l和m。结果可以得到一个含有三个参数和三个变量的函数=n,l,m(r,,)由于上述参数的取值是非连续的，故被称为量子数。当n、l和m的值确定时，波函数(原子轨道)便可确定。n,l和m的取值必须使波函数合理(单值并且归一)。结果如下：n的取值为非零正整数，l的取值为0到(n–1)之间的整数，而m的取值为0到±l之间的整数。(1)主量子数n的物理意义：表示核外的电子层数并确定电子到核的平均距离确定单电子原子的电子运动的能量n的取值：n=1，2，3，…量子数求解H原子薛定谔方程得到：每一个对应原子轨道中电子的能量只与n有关：En=(–1312/n2)kJ

5、·molˉ1n的值越大，电子能级就越高。n=1，2，3，4,···对应于电子层K，L，M，N,···(2)角量子数l的物理意义：l的取值：l=0,1,2,3,···,(n–1)l=0,1,2,3的原子轨道习惯上分别称为s、p、d、f轨道。图5.5原子轨道形状表示亚层，基本确定原子轨道的形状对于多电子原子，与n共同确定原子轨道的能量。s轨道投影yxdxy轨道投影yx++--pz轨道投影zx+-(3)磁量子数m的物理意义：m的取值:m=0,1,2,···l,共可取2l+1个值确定原子轨道的伸展方向p轨道,m=-1,0,+1,有三个伸展方向d轨道,m=-2,-1,0,+1,+2有五个伸展方向图5

6、.6原子轨道伸展方向除s轨道外,都是各向异性的用波函数ψn,l,m描述原子中电子的运动,习惯上称为轨道运动,它由n,l,m三个量子数所规定,电子还有自旋运动，因而产生磁矩，电子自旋磁矩只有两个方向。因此，自旋量子数的取值仅有两个，分别为+1/2和-1/2，也常形象地表示为和。(4)自旋量子数ms一个轨道中的电子可以有两种不同的自旋方向。注：由于上述参数的取值是非连续的，故被称为量子数。当n、l和m的值确定时，波函数(原子轨道)便可确定。加上自旋量子数即可以确定电子的一种运动状态。由波函数的单值性可知，在一个原子中，电子的某种运动状态是唯一的，即不能有两个波函数具有相同的量子数。n,l,

7、m轨道ψ(r,θ,φ)R(r)Y(θ,φ)1,0,01s2,0,02s2,1,02pz2px2py波函数可以被分解为径向部分R(r)和角度部分Y(θ,φ)，即：ψ(r,θ,φ)=R(r)·Y(θ,φ)氢原子的波函数如下：(其中2px和2py由ψ(2,1,-1)和ψ(2,1,1)线性组合而成)。2,1,±1波函数是描述核外电子运动状态的函数，也称为原子轨道。原子轨道与经典力学的轨道是完全不同的两个概念。之所以这样叫，只是沿