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《第八章 原子结构3》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第八章原子结构本章的线索是氢光谱与传统力学理论的矛盾----测不准关系----描述微观粒子运动状态的波函数----能级图-----电子填充----由电子的填充情况讨论物质（元素原子）的性质。9/21/20211光谱的基本知识连续光谱和线状光谱：前者波长连续变化，后者也称原子光谱，是不连续的亮线。发射光谱和吸收光谱：由一发光源发出的光分解成的光谱即发射光谱，其被其它物质吸收后形成的光谱即吸收光谱如红外,紫外可见等.9/21/20212§8.1氢原子结构 一.氢原子光谱和玻尔理论1.氢光谱的产生分光nm400500600700在可见光区有四条亮线，波长符合Balmer公式入=Bn2/(n2-4
2、),n=3,4,5,6随后又发现lyman,Paschen线系,其频率符合Rydberg公式,v=RH(1/n12-1/n22)2.氢光谱与经典力学体系的矛盾电子绕核运动，辐射能量，电子能量减小，最终坠入核中，原子不稳定电子能量连续变化，应得到连续光谱。H2(低压）9/21/202133.玻尔的三个假设A.原子核外电子只能在一定轨道上运动，这些轨道的轨道角动量p=mvr=nh/2π,电子在这些轨道上既不吸收，也不发射能量。(n=1,2,...)B.电子在正常（稳定）状态时，处于能量最低的轨道，原子能量最低，称为基态。吸收能量后可跃迁到能量较高的状态称为激发态。C.电子在不同轨道间跃迁时，其
3、吸收或发射的光子能量等于轨道能量差，即E2-E1=hv由玻尔假设和经典物理，可知mv2/r=Ze2/4πε0r2E=mv2/2-Ze2/4πε0rmvr=nh/2π9/21/20214rn=ε0n2h2/Zπme2=0.53n2ⅹ10-10m,En=-Z2me4/8ε02n2h2=-2.179×10-18/n2J讨论：1）rn,En都是由量子数决定的。能量的量子化导致线状光谱；n=1时，半径最小（0.53A）能量最低-2.179×10-18J为基态；n∞,E0,电子发生电离。2）氢原子能级图BrackettBalmerPaschenLyman3)玻尔理论的成功和不足9/21/20215二.
4、实物粒子的波粒二象性1.德布罗依假设：（1924年，frDeBroglie）实物粒子（分子，原子电子等也具有波粒二象性。对光子，易知，其动量p=mc=E/c=h/入,德氏据此认为对实物粒子，p=mv=h/入.2.电子衍射实验（1927，Davisson,Germer)rL阴极加速电场感光片入=dr/nL9/21/20216电子衍射实验说明1微观粒子的运动没有确定的轨道2微观粒子的运动是可以被描述的9/21/202173.测不准原理（1927，Heisenberg)ΔxΔp≥h/2π(不同教材有所不同)它指出微粒运动具有二象性，不能被视为符合经典力学运动的粒子。对于微观粒子才有意义例：10-
5、5kg的物体，△x=10-10m,则△v=10-19对电子，设△x=10-10m，则其△v=6.63x10-34/(2x3.14x9.1x10-31x10-10)=1.x106m/s9/21/202184.电子波的统计解释以一定速度运动的电子（微观粒子），不能准确测其位置，只能知道它在某处出现的几率，是一种几率波，没有固定的轨道。----统计解释9/21/20219三.波函数和Schrodinger方程1.波函数：微观粒子运动状态可用包含位置，时间的波函数ψ(x,y,z,t)表示。1）它是一数学表达式，本身没有物理意义，但其平方是几率密度。2）在量子力学中，每个ψ称为一个原子轨道，但其实只
6、是表示一种可能的状态。3）每个ψ都有对应的能量。2.薛定谔方程：1)二阶偏微分方程p222.波函数是其合理解求解过程中要转成球坐标。zP(x,y,z)或（r,θ,φ)对氢原子（或类氢离子）求解结果：θx=rsinθcosφEn=-2.179×10-18Z2/n2J.yy=rsinθsinφφz=rcosθ9/21/202110薛定谔方程也称Hamilton算符,表示一种运算关系,由它用作于波函数,可得轨道能量.9/21/2021112)量子数的得来和相互关系主量子数n：1，2，3，…n.角量子数l:0,1,2,…(n-1)磁量子数m:0,±1,±2,…±l.3)允许的状态：对一定的主量子数
7、n，其轨道数目=n2.n123l001012m0001–1001–101–12-2轨道1s2s2p3s3p3d每个波函数与一组(n,l,m)相互对应，记为ψn,l,m并把l=1,2,3,4,5简记为spdfg态，如ψ2,1,0即ψ2pz9/21/202112n主层l亚层m原子轨道1K01s01s2L012s2p00,±12s2pz,2px,2py3M0123s3p3d00,±10,±1,±23s3pz,3px,3py4N
