无机化学-原子结构.ppt

《无机化学-原子结构.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、第六章原子结构主要内容6.1微观粒子的波粒二象性6.2氢原子核外电子的运动状态6.3多电子原子核外电子的运动状态6.4原子结构和元素周期律主要内容6.1微观粒子的波粒二象性6.2氢原子核外电子的运动状态6.3多电子原子核外电子的运动状态6.4原子结构和元素周期律6.1微观粒子的波粒二象性6.1.1氢光谱和玻尔理论6.1.2微观粒子的波粒二象性6.1.3不确定原理6.1.1氢光谱和玻尔理论1.氢原子光谱近代原子结构理论的建立是从研究氢原子光谱开始的。一只冲有低压氢气的放电管，通过高压电流，氢原子受激发后发出的光经过三棱镜，就得到了氢原子光谱。氢光谱是由一系列不

2、连续的谱线组成，在可见光区（波长λ=400~760nm）有四条比较明显的谱线：HαHβHγHδλ/nm656.2486.1434.0410.2氢原子光谱特征：（1）不连续的线状光谱;（2）1885年，巴尔麦(瑞士)指出，可见光区谱线波长符合如下公式：当n=3，4，5，6时，可计算出上述四条谱线的波长。R：里德堡常数；n为大于2的正整数后来人们在紫外光区及红外光区又发现了另外一些谱线，可用一般式表示：n1、n2均为正整数且n2n11913年玻尔提出了原子结构理论很好地解释了氢原子光谱。2.玻尔理论玻尔理论主要内容是以下两点假设：（1）原子中的电子仅能在某些

3、特定的轨道上运动，这些轨道上电子的角动量M为：M=n(h/2π)；n称为量子数，其值为1、2、3...（2）在一定轨道中运动的电子具有一定的能量，称定态。其中能量最低的称基态，其余的称为激发态。电子从一个定态跳到另一个定态时，要吸收或放出辐射能，辐射能的频率与两定态间能量差间的关系为：=E/h由上述假设可推得氢原子轨道的能量为E=-A(1/n2)；A=-2.17910-18J可见，由玻尔理论推导得到的公式与实验得到的公式非常一致。玻尔理论成功地解释了氢原子光谱，但是玻尔理论却不能解释多电子原子光谱。这是因为他假设电子等微观粒子的运动也服从经典力学定律，

4、这是不正确的，后来人们又提出了量子力学理论。6.1.2微观粒子的波粒二象性1924年，德布罗依在光的波粒二象性的启发下，大胆地提出了电子等微观粒子也具有波粒二象性的假设。1927年，德布罗依的假设由电子衍射实验得到了证实。后来还发现：质子、中子、粒子等都有衍射现象，所以波粒二象性是微观粒子的普遍规律。6.1.3不确定原理由于微观粒子具有波粒二象性，则微观粒子的运动规律就与宏观物体有所不同。对宏观物体可同时准确测得其位置和速度；但对微观粒子则不可能同时准确测得其位置和速度。1927年海森堡提出了一个重要的关系式：x·Px≈hh：普朗克常数；x：微观粒子

5、在空间某一方向的位置测不准量(或误差)；Px：动量在x方向上的测不准量(P=mv)。具有波动性的微观粒子有着与宏观物体完全不同的运动特点。要准确测定电子在原子中的位置，电子的运动速度就测不准；反之，若要准确测定电子的运动速度(或能量)，就不能准确测得其位置。但这并不是说，人们无法研究电子的运动规律。虽然不能测出电子的运动轨迹，但却可以推算出电子在核外空间各处出现机会的多少，即几率的大小。在量子力学中对电子运动规律的描述具有统计性。主要内容6.1微观粒子的波粒二象性6.2氢原子核外电子的运动状态6.3多电子原子核外电子的运动状态6.4原子结构和元素周期律6.

6、2氢原子核外电子的运动状态6.2.1波函数和薛定谔方程6.2.2波函数和电子云图形6.2.3四个量子数6.2.1波函数和薛定谔方程1.Ψ如何得到？因为微观粒子具有波粒二象性，因此它的运动就不能用经典力学来描述，而必须用量子力学来描述，其基本方程之一就是薛定谔方程：式中，E：体系的总能量；V：体系的势能；h：普朗克常数；m：微粒的质量；Ψ：波函数，是空间坐标x、y、z的函数。在一定条件下可以对薛定谔方程求解，方程的解有两个：一个为体系的总能量E；另一个为波函数Ψ(x,y,z)。因此在量子力学中是用波函数Ψ(x,y,z)及相应的能量E来描述微观粒子的运动状态的。

7、2.Ψ的物理意义波函数本身没有明确的物理意义，只能说Ψ是描述核外电子运动状态的数学函数式，它描述了电子运动的方式和规律。波函数的平方

8、ψ

9、2却有明确的物理意义，它代表原子核外电子在空间某处单位体积内出现的几率即几率密度。3.氢原子的波函数氢原子是最简单的原子，它的薛定谔方程有精解。在解方程中有两点说明：（1）为了求解和讨论方便起见，通常将直角坐标变换成球坐标。Ψ(r,,)=R(r)Y(,)R(r)只与距离有关，称为波函数的径向部分；Y(,)只与角度有关，称为波函数的角度部分。x=rsinθcosφy=rsinθsinφz=rcosθxyzp(r,

10、θ,φ)Orθφ（2）在一定条件下求解薛定谔方程，为