物质结构基础 石油大学ppt课件.ppt

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1、第5章5.1原子结构物质结构基5.2化学键与分子结构5.3分子间力与氢键5.4晶体结构和晶体缺陷5.1.1氢原子结构5.1.2多电子原子结构5.1.3元素周期律5.1原子结构历史的回顾Dalton原子学说(1808年)Thomson“西瓜式”模型(1904年)Rutherford核式模型(1911年)Bohr电子分层排布模型(1913年)量子力学模型(1926年)红橙黄绿青蓝紫各色光之间无明确的界限，是连续的光带，称为连续光谱(continuousspectrum)。5.1.1氢原子结构1.氢原子光谱可见光光谱氢原子光谱(thespectrumofhydrogenatom)HαHβ

2、HγHδn=3,4,5,6式中2，n，3.289×1015各代表什么意义？巴尔麦(Balmer)发现氢光谱谱线频率符合下列公式:氢原子光谱特征:不连续光谱，即线状光谱(linespectrum)。其频率具有一定的规律。玻尔(Bohr)：电子分层排布模型1924年，LouisdeBroglie：微观粒子具有波粒二象性。1927年，Davisson和Germer应用Ni晶体进行电子衍射实验，证实电子具有波动性。2.玻尔(Bohr)氢原子模型（假设）（2）电子在不同的轨道上运动时，具有不同的能量，所处的能量状态称为能级，处于较高能级叫激发态。此时电子运动的:轨道半径r=aon2电子能量（

3、1）电子只能沿一定的轨道（Orbit)运动，旋转时，既不吸收也不放出能量，叫基态。（3）原子吸收能量后，由一种定态(E1)激发到另一种定态（E2，激发态）。激发态不稳定，原子会放出能量回到基态，放出的能量转变为辐射能的光子。光子的能量为两个轨道的能量之差：hν=E2-E1由此可算得光谱的频率：ν=3.29×1015()s-1n=1.2.3.4.5…(正整数）—量子数Bohr成功的解释了氢原子光谱，1922年获Nober物理学奖。(1)核外电子运动的特殊性质量极小，运动速度极高的电子，其运动完全不同于宏观物体,其运动不遵守经典力学规律。②波-粒二象性。实物粒子具有波性。1924年，（

4、法）德布罗依预言了“半径”量子化。即：E=-21.8×10-18/n2J即:r=a0n2①量子化特征。包括能量量子化；3.原子结构的近代概念微观粒子λ、m、ν的关系式：这种实物粒子的波称物质波。(法)德布罗依（deBroglie）例1：一个电子m=9.11×10-11gυ=106m.s-1按德布罗依关系可得：λ=0.73nm，此λ值与与其直径（10-6nm相比，具有明显的波动性。(3)统计性。电子的波性是大量电子(或少量电子的大量)行为的统计结果。所以:物质波是统计波。电子衍射实验示意图电子射线晶片光栅德布罗依的假设在1927年为戴维逊和革末的电子衍射实验所证实。1929年，德布罗

5、依获Nober物理学奖，1937年，戴维逊和汤姆逊共同获Nober物理学奖，也称为原子轨道(atomicorbital)，描述微观粒子的运动状态。5.1.1波函数（原子轨道）（Orbital）对于电子波，薛定谔提出了著名的波动方程:ψ是描述电子运动状态的数学函数式。直角坐标(x,y,z)与球坐标(r,θ,φ)的转换222zyxr++=cosrz=qsinsinry=φqcossinrx=φq球面坐标变换rsinzxy•P(x,y,z)z=rcosθx=rsinθcosφy=rsinθsinφφθr其中：R(r)为波函数的径向部分,是电子离核距离r的函数；Y(,φ)为波函数的角度

6、部分,是两个角度和φ的函数。()()φq,,,,rΨzyxΨ=()()φq,YrR=1.描述电子运动状态的量子数解得的ψ不是一个具体数值，而是包括三个常数(n，l，m)和三个变量（x,y,z）的函数式。用ψn,l,m(x,y,z)表示。人们一般更喜欢采用数学处理更方便的球极坐标ψn,l,m(r,,)。为了得到描述电子运动状态的合理解，三个常数n,l和m的取值只能按一定的规则取值，即：☆n的取值为非零正整数，☆l的取值为0到(n–1)之间的整数，☆m的取值为0到l之间的整数。①主量子数nn=1,2,3,4,5,6……正整数对应K,L,M,N,O,P……电子层与电子能量有关，对

7、于氢原子而言，电子能量唯一决定于n。n愈大，电子离核平均距离愈远，能量愈高。由于上述常数的取值是非连续的,故被称为量子数。当n、l和m的值确定时，波函数(原子轨道)便可确定。即：每一个由一组量子数确定的波函数表示电子的一种运动状态。2.量子数的物理意义l=0，1，2，3,4……,(n－1)对应着s,p,d,f,g…...电子亚层l受n的限制,l反映了原子轨道的形状。n=1，l=0；1s亚层。n=2，l=0,1；2s,2p亚层。n=3，l=0,1,2；3s,3p,3d亚