(原子结构和元素周期律)

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1、原子结构和元素周期律第三章第一节核外电子的运动状态微观粒子：质量和体积极其微小，运动速度等于或接近光速的微粒。如电子、中子、质子和光子等。实物微观粒子(实物粒子)：因光子的静止质量为0，把除光子以外的微观粒子叫做实物微观粒子。1.1微观粒子的波粒二象性（1）波的微粒性电磁波是通过空间传播的能量。可见光只不过是电磁波的一种。Theelectromagneticspectrum在与光的传播有关的现象（如干涉、衍射等）中，光主要表现出波动性；在与实物相互作用有关的现象（如光压、光电效应等）中，光主要表现出粒子性。1900年,普朗克(

2、PlankM)提出了表达光的能量(E)与频率(ν)关系的方程，即普朗克方程：E=hνh：普朗克常量,6.626×10-34J·s●Plank公式（描述光的二象性）1924年，德布罗依大胆预言：电子等实物粒子与光子一样，也有波粒二象性。对于质量为m，运动速度为υ的实物粒子，其波长●德布罗依关系式（2）微粒的波动性1.2原子结构的波动力学模型波动力学模型是迄今最成功的原子结构模型，它是1920年以海森堡和薛定锷为代表的科学家们通过数学方法处理原子中电子的波动性而建立起来的。该模型不但能够预言氢的发射光谱(包括玻尔模型无法解释的谱线

3、)，而且也适用于多电子原子,从而更合理地说明核外电子的排布方式。HeisenbergWSchrodingerE1.2.1海森堡不确定关系1927年，德国的海森堡从理论上证明了：实物粒子的动量（或速度）和位置不可能同时被确定。其数学表达式：△px：确定x轴方向动量分量时的误差△x：确定位置时的误差如果我们要用经典力学的两个物理量（坐标和速度）来描述微观粒子的话，要想对其中一个物理量测量得越准确，就会使另一个物理量测得越不准确。即不能同时准确测定一个微观粒子运动的位置和速度。不确定关系式意思1.2.2波函数和原子轨道1926年，薛

4、定谔提出了一个描述单个实物粒子运动的定态（即具有一定能量的运动状态）的基本方程—薛定谔方程（二阶偏微分方程）：x、y、z—实物粒子在空间的坐标其物理意义：对于一个质量为m的实物粒子，在势能为V的势能场中的运动状态，可用服从该方程的波函数来描述。每一个合理的解i及相对应的Ei代表系统中电子的一种可能的定态（运动状态）。由此可见，在量子力学中是用波函数和与其对应的能量来描述微观粒子运动状态的。Ei的数值是不连续的，按一定规律呈跳跃式变化（即量子化）和增加。Ei的集合叫做能级。对氢原子的电子，有n=1、2、3……R=21.79JEi

5、越小，表示氢原子系统的能量越低，电子被原子核束缚得越牢。为求解方便，把直角坐标（x、y、z）变换为极坐标（r、、），并令：（r、、）=R（r）Y（、），即把含有三个变量的偏微分方程分离成两个较易求解的方程的乘积。R（r）称为波函数的径向分布部分，与离核的远近有关系；Y（、）称为波函数的角度分布部分。波函数（x、y、z）或（r、、）的空间图象可以表示电子在原子中的运动范围，即原子轨道；原子轨道的数学表达式就是波函数。将波函数的角度分布Y随、变化作图，所得的图象就称为原子轨道的角度分布图。薛定谔将100多种元素的原子轨道的角度分布

6、图归纳为4类，用光谱学的符号可表示为s、p、d、f。注意“+”、“－”号不表示正、负电荷，而是表示Y是正值还是负值（即原子轨道角度分布图的对称关系：符号相同，表示对称性相同；符号相反，表示对称性不同或反对称）。在讨论到化学键的形成时有意义。1.2.3电子云原子内核外某处单位体积的空间中，电子出现的几率密度（）与该处波函数的绝对值平方成正比：∝，即用表示电子出现的几率密度。用小黑点疏密来表示几率密度大小的话，所得图象叫电子云。以作图，即得电子云的近似图象。1.2.4量子数（1）主量子数（n）—描述各电子层能量的高低和离核的远近。

7、原子核外电子按能级的高低分层分布，这种不同能级的层次习惯上称为电子层。用统计观点来说，电子层是按电子出现几率较大的区域离核的远近来划分的。主量子数的取值范围：n=1,2,3,4,5,6……（除零以外的正整数）。在光谱学上另用一套拉丁字母表示电子层，其对应关系为：主量子数（n）123456……电子层KLMNOP……（2）副（角）量子数（l）某一电子层内还存在着能量差别很小的若干个亚层，用l来描述。副量子数的取值范围：l=0,1,2……（n-1）的正整数。L的每一个数值表示一个亚层，也表示一种原子轨道或电子云的形状。l与光谱学规定

8、的亚层符号之间的对应关系为：副量子数（l）012345……亚层符号spdfgh……（3）磁量子数（m）同一亚层中有时还包含着若干个空间伸展方向不同的原子轨道。磁量子数用来描述原子轨道或电子云在空间的伸展方向。磁量子数的取值范围：m=0,±1,±2……±l的整数。如：l=1，m