第八章原子结构

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1、第八章原子结构8.1原子结构的Bohr理论8.2微观粒子运动的基本特征8.3氢原子结构的量子力学描述8.4多电子原子结构8.5元素周期表8.6元素性质的周期性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)一、历史的回顾8.1原子结构的Bohr理论二、氢原子光谱1.光和电磁辐射红橙黄绿青蓝紫2.氢原子光谱HαHβHγHδ氢原子光谱特征：①不连续的，即线状的②其频率具有一定的规律（n=3,4,5,6）经典电磁理

2、论无法解释氢原子的光谱解决方法：发展新的原子结构理论Rydberg经验公式：可见光区Balmer线系：其它线系：Planck量子论(1900年)微观领域能量不连续Einstein光子论(1903年)光子能量与光的频率成正比Ｅ＝hＥ—光子的能量—光的频率h—Planck常量，h=6.626×10-34J·s三、Bohr原子结构理论(1)核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动，且不辐射能量（定态假设）(2)通常，电子处在离核最近的轨道上，能量最低------基态；原子获得能量后，电子被激发到高能量的轨道上------激发态(3)从激发态

3、回到基态释放光能，光的频率取决于轨道间的能量差（跃迁规则）E:轨道的能量三、Bohr原子结构理论（三个假设）n=3红（Hα）n=4青（Hβ）n=5蓝紫（Hγ）n=6紫（Hδ）Balmer线系其他线系RH:Rydberg常数能级间能量差氢原子各能级的能量：…Bohr的原子结构理论开启了人们正确认识原子结构的大门，由于他在原子理论和原子辐射方面的卓越贡献，获得了1922年的物理学Nobel奖。他提出的量子化、能级、跃迁等概念，至今仍被广泛采用。缺陷：解释氢原子光谱很成功，但不能说明多电子原子的光谱，也不能说明氢原子光谱的精细结构8.2微观粒子运

4、动的基本特征1923年，法国物理学家L.deBroglie认为，既然光具有波粒二象性，电子等微观粒子也具有波粒二象性。质量为m，运动速度为v的粒子，相应的波长为：粒子性波动性1.微观粒子的波粒二象性1927年，Davisson和Germer应用Ni晶体进行电子衍射实验，证实了电子具有波动性。2.不确定原理与微观粒子运动的统计规律1927年，Heisenberg提出了不确定原理：对运动中的微观粒子来说，不能同时准确确定它的位置和动量，其关系式为：x：微观粒子位置的不确定度p：微观粒子动量的不确定度电子的位置若能准确地测定，其动量就不可能被

5、准确地测定。所以，原子中的电子没有确定的轨道例：核外运动的电子，其质量m=9.1110-31kg，位置的不确定范围x=10-12m。求速度的不确定范围。解：微观粒子的运动不遵循经典力学的规律微观粒子的波动性是大量微粒运动表现出来的性质，即是具有统计意义的概率波。电子的运动有规律吗？结果证明：在相同条件下大量电子的一次行为和一个电子的多次重复行为是统一的8.3氢原子结构的量子力学描述一、Schrödinger方程与波函数1.Schrödinger方程直角坐标(x,y,z)与球坐标的转换()()jq,,,,rΨzyxΨÞ：0~：0

6、~22.三个量子数的引入(1)主量子数nn=1,2,3,……(2)角量子数l(3)磁量子数m为了保证Schrödinger方程有合理解，引入三个量子数n、l、mn=1,2,3,4,5,6……正整数对应K,L,M,N,O,P……电子层(1)主量子数n二、四个量子数n与电子能量有关，对于氢原子而言，电子能量唯一决定于n。n愈大，电子离核平均距离愈远，能量愈高。l=0，1，2，3,4……,(n-1)l受n的限制对应着s,p,d,f,g…...电子亚层(2)角量子数l多电子原子中电子的能量由n和l共同决定。当n相同时，l越大，能量越高n=1，l=

7、0；1s亚层n=2，l=0,1；2s,2p亚层n=3，l=0,1,2；3s,3p,3d亚层……l=0，1，2，3,4……,(n-1)l受n的限制对应着s,p,d,f,g…...电子亚层(2)角量子数ls轨道p轨道d轨道角量子数l还表明了原子轨道的角度分布形状m决定轨道角动量在磁场方向的分量，其值受l限制m=0，±1,±2，±3……±l；共2l+1个m决定原子轨道在核外的空间取向l=0，m=0，只一个取向l=1，m=0,±1，代表pz,px和py3个不同的取向(3)磁量子数ml=2，m=0,±1,±2，代表5个不同的取向原子的单电子波函数，又

8、称原子轨道波函数，通过一组特定的n,l和m就可得到一个相应的波函数。例如：n=1，l=0，m=0，即1s轨道n=2，l=0，m=0，即2s轨道n=2，l=1，m=0，即2pz轨道