原子结构及元素周期律

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1、原子结构与元素周期系主讲：郭琦核外电子的运动状态核外电子的排布和元素周期系元素基本性质的周期性2003－7－91原子结构与元素周期系第一部分核外电子的运动状态氢原子光谱和玻尔理论微观粒子的波粒二象性波函数和原子轨道概率密度和电子云波函数的空间图象四个量子数2003－7－92原子结构与元素周期系1━1氢原子光谱和玻尔理论氢原子光谱和玻尔理论玻尔理论的应用玻尔理论局限性2003－7－93原子结构与元素周期系原子光谱——是不连续性的线状光谱氢原子光谱——是最简单的原子光谱玻尔的三点假设氢原子光谱和玻尔理论2003－7－94原子结构与元素周期系1.电子不

2、是在任意轨道上绕核运动，而是在一些符合一定条件的轨道上运动，即电子轨道的角动量P，必须等于h/2π的整数倍。这种符合量子化条件的轨道称为稳定轨道，电子在稳定轨道上运动时，并不放出能量。玻尔的三点假设2003－7－95原子结构与元素周期系2.电子的轨道离核越远，原子所含的能量越大，原子在正常或稳定状态时（称为基态），各电子尽可能处在离核最近的轨道上，这时原子的能量最低。当原子从外界获得能量时（如灼热、放电、辐射等）电子可以跃迁到离核较远的轨道上去，即电子已被激发到较高能量级上，此时原子和电子处于激发态。3.只有电子从较高的能级（即离核较远的轨道）跃

3、迁到较低的能级（即离核较近的轨道）时，原子才会以光子形式放出能量。hν=E2-E12003－7－96原子结构与元素周期系玻尔理论的应用成功解释了氢原子光谱的产生和规律性“连续”或“不连续”实际上就是量的变化有没有一个最小单位。计算氢原子的电离能与实验值非常接近2003－7－97原子结构与元素周期系玻尔理论局限性对氢原子光谱的精细结构无法说明不能说明多电子原子光谱结论：量子性是微观世界的重要特征，要正确客观地反映微观世界微粒运动的规律，就必须用建筑在微观世界的量子性和微粒运动的统计性这两个基本特征基础上的量子力学来描述。2003－7－98原子结构与

4、元素周期系1━2微观粒子的波粒二象性一、光和实物粒子的波粒二象性结论：1.电子等实物粒子具有波粒二象性；2.不能用经典物理的波和粒的概念来理解它的行为。2003－7－99原子结构与元素周期系二、测不准原理和几率概念测不准原理：一个粒子的位置和动量不能同时地、准确地测定。注意：这里所讨论的不确定性并不涉及所用的测量仪器的不完整性，它们是内在固有的不可测定性。△x≥h/2πm×△v2003－7－910原子结构与元素周期系结论：测不准关系很好地反映了微观粒子的运动特征——波粒二象性；根据量子力学理论，对微观粒子的运动规律只能采用统计的方法作出几率性的判

5、断。测不准关系促使我们对微观世界的客观规律有了更全面更深刻的理解。2003－7－911原子结构与元素周期系1━3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。2003－7－912原子结构与元素周期系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

6、ψ

7、2却有明确的物理意义2003－7－913原子结构与元素周期系1━4概率密度和电子云概率和概率密度概率＝ψ

8、(x·y·z)

9、2dτ

10、概率密度＝＝ψ

11、(x·y·z)

12、2电子云

13、ψ

14、2的空间图像就是电子云分布图像2003－7－914原子结构与元素周期系2003－7－915原子结构与元素周期系2003－7－916原子结构与元素周期系2003－7－917原子结构与元素周期系1━5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)2003－7－918原子结构与元素周期系2003－7－919原子结构与元素周期系径向波函数图2003－7－920原子结构

15、与元素周期系径向密度函数图2003－7－921原子结构与元素周期系径向分布函数图2003－7－922原子结构与元素周期系角度部分的图形2003－7－923原子结构与元素周期系电子云等密度面图2003－7－924原子结构与元素周期系电子云界面图2003－7－925原子结构与元素周期系电子云图2003－7－926原子结构与元素周期系原子轨道的形状2003－7－927原子结构与元素周期系1—6四个量子数2003－7－928原子结构与元素周期系2003－7－929原子结构与元素周期系对比玻尔原子结构模型和波动力学模型两者所得的结果可得：两种理论都有着相同

16、的能量表达式；波函数能解释其它一些原子的性质，如光谱线的强度等；从解薛定谔方程，量子数是通过边界条件自然的出现，但在Bohr模型中它们是