物质结构基础(原子结构)wu

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1、吴正颖15962258721zywu@mail.usts.edu.cn第七章物质结构基础TheBasisofSubstanceStructure一、原子结构原子结构模型的发展1808年，道尔顿原子模型：①原子是不能再分的粒子；②同种元素的原子的性质和质量都相同；③原子是微小的实心球体1897年，汤姆生“葡萄干蛋糕模型”：①电子平均分布在整个原子上，其负电荷与原子正电荷相互抵消；②在受到激发时电子会离开原子，产生阴极射线1911年，卢瑟福“行星模型”：①原子的大部分体积是空的；②在原子的中心有一个很小的原子核；③原子的全部正电荷和几乎全部质量均集中在原子核内

2、，带负电的电子在核空间进行绕核运动氢原子光谱1、氢原子光谱与玻尔模型氢原子光谱特征：不连续的线状光谱；不同谱线频率之间有联系；玻尔模型建立基础1900年，普朗克提出量子论：能量的传递可以是不连续的，而是一份一份的，即量子化的。1905年，爱因斯坦提出光子概念：能量以光的形式传递时是量子化的，最小单位即为光子。玻尔模型玻尔模型基本假设：1、核外电子只在有确定半径和能量的轨道上运动，运动过程不辐射能量；2、不同轨道的能量不同，离核越远能量越高，能量最低的状态称为基态；其他能量状态称为激发态；3、电子从一种能量状态变化到另一种能量状态时会以电磁波的形式释放或吸收能

3、量，释放或吸收能量呈量子化，大小等于两种能态的差值，即：玻尔模型的成功与不足成功之处：解释了氢原子光谱谱线分立现象产生的原因；计算得到氢原子基态时电子离核距离（玻尔半径，r=52.9pm）不足之处：无法解释多电子原子的光谱；无法解释氢原子光谱的精细结构；原因：立足于经典力学2、现代原子结构模型与量子力学基础微观粒子的波粒二象性其中h为普朗克常数，p为微观粒子动量。1924年，德布罗意根据光的波粒二象性提出微观粒子也具有波粒二象性的假设，即质量为m，运动速度为v的微观粒子所对应的波长为：薛定谔方程与波函数1926年，薛定谔结合德布罗意物质波的概念和光的波动方程

4、，提出微观粒子的波动方程，即薛定谔方程：其中Ψ称为波函数，是描述微观粒子运动状态的状态函数，通常包括三个位置变量和一个时间变量。薛定谔方程的求解薛定谔方程可以在转化为球坐标后，通过分离变量的方法求解，即：(x,y,z)=(r,,)=R(r)Y(,)径向波函数角度波函数波函数没有明确的物理意义，只是描述核外电子运动的数学表达式电子衍射实验1927年，戴维逊和革末通过电子衍射实验，观察到电子束的衍射现象，证明了德布罗意物质波的假设。测不准原理1927年，海森堡通过严格推导提出了测不准原理（不确定原理）——对于微观粒子在空间位置的不确定度和其具有动量

5、的不确定度乘积为定值，即：由于无法通知准确测定微观粒子的位置和动量，因此其运动不可能有固定的轨道现代原子结构模型1954年，玻恩总结量子力学基本理论为基础，提出了电子云（概率密度）的概念，并对波函数的物理意义提出了解释。波函数Ψ：描述电子在空间出现几率的函数；电子云

6、Ψ

7、2：电子在核外空间某点附近的单位体积内出现的几率的大小；统计性：电子波是电子运动统计的结果，是概率波3、核外电子运动状态的描述量子数波函数是描述电子运动规律的状态函数，也是薛定谔方程的解，即波函数的解有无穷多个，并且连续，不符合量子化条件，因此必须通过常数，n，l，m进行筛选，这些常数即为量

8、子数。量子数的定义及取值规律主量子数n：表示电子离核的远近和能量高低。取值：正整数，如：1，2，3…….对应符号K，L，M……；角量子数l：表示原子轨道的形状。取值：受主量子数n的限制，为0，1，2，3……(n-1)，共n个取值，对应符号：s，p，d，f……磁量子数m：表示原子轨道的空间取向，取值：受l的影响，为0，±1，±2，±3……±m共2n+1个值。自旋量子数ms：表示电子在空间的自旋方向，取值：只有2个值，+1/2和-1/2，通常用“↑”“↓”表示。注意：一组量子数（n，l，m）对应一个波函数，代表一种电子的运动状态（一条原子轨道）；一组量子数（n，

9、l，m，ms）对应一个电子的运动状态；一个原子中可能同时存在多个原子轨道；一个原子中不可能存在两个具有完全相同量子数的电子；主量子数n和角量子数l决定原子轨道的能量；给下列各组填入适当的量子数氢原子光谱和波尔模型现代原子结构模型与量子力学基础----德布罗意物质波----薛定谔方程及其求解-----引入量子数（描述电子的运动状态）(x,y,z)=(r,,)=R(r)Y(,)径向波函数角度波函数REVIEW主量子数n磁量子数m自旋量子数ms角量子数ln=1,2,3,……四个量子数与电子能量有关不同的n值，对应于不同的电子层：1.主量子数n：决定电子

10、能量高低的主要因素１　２　３　４　５…KLMNO…2