《无机及分析化学》第六章原子结构

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1、第八章原子结构和元素周期系8.1、人类认识原子结构的简单历史元素互相化合时质量关系的基本定律1、质量守恒定律2、定组成定律3、倍比定律Dalton原子论在化学发展中的作用。十九世纪原子分子论的论点的归纳。二十世纪初，量子论和光子学说的发展。8.2、核外电子的运动状态8.2.1核外电子运动的量子化特征氢原子光谱和Bohr(玻尔)理论它们的特征是：P123(1)不连续的线状光谱，从红外区到紫外区呈现多条具有特征波长的谱线。(2)从长波到短波，Ha至H&等谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。这几条谱线称为Balmer系。Bohr提出的原子模型的假设，成功地解释了氢原子线状光谱的成因和规律

2、。8.2.2、核外电子运动的波粒二象性光具有波粒二象性。1924年，beBroglie预言：假如光具有二象性，那么微观粒子在某些情况下,也能呈现波动性。例如：目前，电子衍射显微镜等。波长：X=h/mum粒子的质量，u,粒子运动速度，h=6.626X10"34Js,Planck,M.（普朗克）常数式左边是电子的波长，表明它的波动性的特征。右边是电子的动量，代表它的粒子性。通过Planck常数h,把电子的粒子性和波动性定量地联系起来了。8.2.3、测不准原理电子具有波粒二象性。微观粒子与经典力学中的宏观物体的运动状态不同。不能用位置和速度的物理量来准确地描述电子的运动状态。Heisenber

3、g（海森堡）提出微观粒子的位置和动量之间的测不准原理。8.2.4、核外电子运动状态的描述1、波函数拿住一条绳子的一头，上下摆动，就可以看到在一维平面上的波动。在纵坐标的方向可以度量出波的振幅的大小。在横坐标方向则不存在什么波动O每个波的振幅是其位置坐标的函数O这个函数就波函数。电子在原子核外空间运动的波动性，也可以用波函数来描述。为了描述电子的运动规律，Schrodinger（薛定铐）提出了一种波动方程。pl27：屮为波函数，E是总能量，V是势能，m是电子的质量，h是Planck常数，x,y,z是空间方程。这就是所说的薛定铐方程。方程中包含着体现微粒性（如m,E,V）和波动性（屮）的两个

4、物理量。所以它能正确地反映微粒的运动状态o2、四个量子数从Schrodinger方程中求出屮（x,y,z）的具体函数形式，即为方程的解。它是一个包含n,I,m三个常数项的三变量(x/Y/z)的函数，常用叭丄m(x,y,z)表示。应当指出，并不是每个方程的解都是合理的，都能表示电子运动的一个稳定状态。所以为了得到一个合理的解,就要求n,I,m不是任意的常数，而是要符合一定的取值。在量子力学中把这类特定n,I,m称为量子数。n为主量子数,取值为，n=1,2,3,……,n；I为角量子数,取值为，I=0,1,2,….，(n-1)；m为磁量子数.取值为，m=0,±1,±2,……，±1通过一组特定的

5、n,I,m,就可以得到一个相应的波函数％i,m(x,y,z)。每一个屮n,l,m(x,y,z)表示原子中核外电子的一种运动状态。(轨道)当主量子数增加时，电子的能量随着增加，其电子出现在离核的平均距离也相应增大。在一个原子内，具有相同主量子数的电子，几乎在同样的空间范围内运动。n相同的电子为一个电子层。常用电子层的符号为：n=1,2,3,4,5,6,7,电子层符号：K,L,M,N,O,P,Q,角量子数I确定原子轨道的形状■并在多电子原子中和主量子数一起决定电子的能级。1=0,1,2,3,4,......,(n—1)相应能级符号：s,p,d,f,g,......,如:n=1,1=0,为屮©

6、即Is电子。n=2,1=0,为屮2s,即2s电子。n=2,1=1,为2p电子。磁量子数m决定原子轨道在空间的取向。某一种形状的原子轨道可以在空间取不同的伸展方向,得到几个空间取向不同的原子轨道。由于m=0,±1,土乙……,±1所以共有(2I+1)个值。如：这些状I=0,m可取值为0,—种,为S轨道。I=1,m可取值为：+1,0,-1,即三种，为p轨道。I=乙m：+2,+1,0,-1,-2,即五种，为d轨道。I=3,m：+3,+2,+1,0,—1,—2,—3,即七种，为f轨道。化的。原子轨道在空间有不同的取向,它们也是量子电子在空间的运动状态数（轨道数）等于磁量子数。态的能量在没有外加磁场

7、时是相同的，称为简并状态。例如：p电子的三种空间运动状态,px,py,pz能量完全相同。自旋量子数ms,在强磁场存在下，精密观察原子光谱，发现大多数谱线由靠得很近的两条谱线组成。这是因为，电子在核外运动，还可以取数值相同,而方向相反的两种运动状态。通常用T和J表示，称■X.为自旋量子数，ms,取值：ms=±1/2。1/2仅为一种量子表示，而不表示数值的大小。土则表示运动状态。总之，有了四个量子数，可以定出一个电子在原子核外的运动状态