江苏省级高中化学竞赛辅导第1讲：原子结构与分子结构(郭琦)课件.ppt

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1、原子结构与分子结构江苏教育学院化学系郭琦必备知识波函数和原子轨道薛定谔方程波函数和原子轨道一定的波函数表示电子的一种运动状态，状态——轨道。波函数叫做原子轨道，即波函数与原子轨道是同义词。波函数的意义原子核外电子的一种运动状态每一个波函数都有对应的能量E波函数ψ没有明确的直观的物理意义,但波函数绝对值的平方

2、ψ

3、2却有明确的物理意义从薛定谔方程中求出的具体函数形式，即为方程的解。它是一个包含nlm三个常数项的三变量（x、y、z）的函数。通常用表示。应当指出，并不是每一个薛定谔方程的解都是合理的，都能表示电子运动的一个稳定状态。所以，为了得到一个合理的解

4、，就要求nlm不是任意的常数而是要符合一定的取值。在量子力学中把这类特定常数nlm称为量子数。通过一组特定的nlm就可得出一个相应的n，l、m（x、y、z），每一个即表示原子中核外电子的一种运动状态。波函数和原子轨道波函数在量子力学中起了核心作用，展示出原子和分子中电子的运动状态，是探讨化学键理论的重要基础。按照实物粒子波的本性和测不准原理的几率概念，物理学家玻恩M.Born假定粒子的波函数已不再是振幅的函数，取代它的是粒子出现的几率，当这个波函数的绝对值越大，粒子出现的几率也就越大。一定的波函数表示电子的一种运动状态，状态——轨道。波函数叫做原子轨道，即波

5、函数与原子轨道是同义词。概率密度和电子云概率和概率密度概率＝ψ

6、(x·y·z)

7、2dτ概率密度＝=ψ

8、(x·y·z)

9、2电子云

10、ψ

11、2的空间图像就是电子云分布图像。即电子云是从统计的概念出发，对核外电子出现的概率密度做形象化的描述。当电子云中黑点密的地方表示电子在此处出现的概率密度大，黑点稀的地方表示概率小。波函数的空间图象Z=γcosθ数学表达式χ=γsinθcosфy=γsinθsinфγ2=χ2+y2+Z2tanф=y/χ变数分离:ψ(χ,y,Z)=ψ(γ,θ,ф)=R(γ)·Y(θ,ф)径向波函数图径向密度函数图径向分布函数图Z/°cosco

12、s201.001.00150.970.93300.870.75450.710.50600.500.25900.000.00120－0.500.25135－0.710.50150－0.870.75165－0.970.93180－1.001.00波函数的角度分布图角度部分的图形电子云等密度面图电子云界面图电子云图原子轨道的形状四个量子数量子数物理意义取值范围主量子数n描述电子离核远近及能量高低n=1,2,3,…正整数角量子数l描述原子轨道的形状及能量的高低l=0,1,2,…小于n的正整数磁量子数m描述原子轨道在空间的伸展方向自旋量子数ms描述电子的自旋方向ms

13、=+1/2,-1/22－m=0,+1,-1,+2,,…±l原子的电子层结构与元素的分区元素周期系的发展前景原子半径A.共价半径——同种元素的两个原子共价单键连接时，核间距的一半。一般单键半径>双键半径>叁键半径B.金属半径——紧密堆积的金属晶体中以金属键结合的同种原子核间距离的一半。同一原子的金属半径要大于共价半径10～15%。C.范德华半径——非键和原子之间只靠分子间的作用力互相接近时，两原子的核间距的一半。一般范德华半径最大（非键合），共价半径最小（轨道重叠），金属半径位中间（紧密堆积）原子半径在周期中的变化在短周期中，从左往右随着核电荷数的增加，原子

14、核对外层电子的吸引作用也相应地增强，使原子半径逐渐缩小。在长周期中，自左向右原子半径缩小程度不大。周期系中各相邻元素原子半径减少的平均幅度为：非过渡金属＞过渡元素＞内过渡元素（1）原子半径在周期表中的变化只有当d5，d10，f7，f14半充满和全充满时，层中电子的对称性较高，这时②占主导地位，原子半径r增大。①核电荷数Z增大，对电子吸引力增大，使得原子半径r有减小的趋势。②核外电子数增加，电子之间排斥力增大，使得原子半径r有增大的趋势。以①为主。即同周期中从左向右原子半径减小。(a)同周期中从左向右，在原子序数增加的过程中，有两个因素在影响原子半径的变化这是

15、一对矛盾，以哪方面为主？短周期的主族元素，以第3周期为例MgNaAlSiPSClArr/pm15413611811711010499154长周期的过渡元素，以第4周期的第一过渡系列为例ScTiVCrMnFeCoNiCuZnSc——Ni，8个元素，r减少了29pm。相邻元素之间，平均减少幅度4pm许。Na——Cl，7个元素，r减少了55pm。相邻元素之间，平均减少幅度10pm许。Ar为范德华半径，所以比较大。r/pm144132122118117117116115117125短周期主族元素，电子填加到外层轨道，对核的正电荷中和少，有效核电荷Z*增加得多。所以r

16、减小的幅度大。长周期过渡元素，电子填加到次外层轨道，