南华大学《无机化学》第6章――原子结构和元素周期性ppt课件.ppt

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1、6.1原子结构的近代概念6.2核外电子运动状态的近代描述——氢原子的波函数6.3原子核外的电子层结构6.4元素性质的周期性规律6.1原子结构的近代概念1.玻尔原子模型气体原子被火花、电流等激发而产生的光经过分光后，得到的不连续光谱，即线状光谱或原子光谱。氢原子光谱:氢原子光谱特征:线状光谱，几条谱线之间不连续变化。连续光谱:可见光通过三棱镜时，不同波长的光折射的程度不同，形成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等没有明显界限的光谱。连续光谱与线状光谱的比较:为什么氢原子光谱为线状光谱？玻尔原子结构理论提出：(1)核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上绕核运动。电子在这些轨道上运动时，不

2、吸收也不辐射能量，称为定态（stationarystate）。(2)轨道上电子有特定的能量值，称为能级（energylevel）。(3)电子可在不同的定态轨道间跃迁,在跃迁过程中吸收一定的能量或以光的形式放出能量.基态:通常原子中电子所处的最低能量状态激发态:原子中电子处于能量较高轨道上运动的状态由于原子轨道的能量是不连续的(即量子化),所以原子光谱是一种线状光谱.电子跃迁所吸收或辐射光子的能量等于电子跃迁后的能级（E2）与跃迁前的能级（E1）的能量差：ν:光子的频率h:普朗克常量hν=E2-E1玻尔理论的不足:（1）不能解释多电子原子的结构，（2）不能说明氢原子的精细结构（

3、3）不能解释原子形成分子的化学键本质。微观粒子体系与宏观物体有何不同的性质？用适用于宏观物体的牛顿力学定律处理微观粒子体系，没有摆脱经典力学的束缚2.电子的波粒二象性:德布罗意关系式：（1924）1927年,Davissson和Germer应用Ni晶体进行电子衍射实验证实电子的波动性.波粒二象性粒子性波动性有波长λ和频率ν能量E=hν动量p=mc电子衍射示意图电子的波动性与电子运动的统计性规律相联系电子波是概率波，反映电子在空间各区域出现的概率大小对于具有波粒二象性的微粒而言,不可能同时准确测定它们在某瞬间的位置和速度(或动量).3.测不准原理:测不准原理是粒子波动性的必然结

4、果。表明微观粒子的运动不存在确定的运动轨迹，因而不遵守经典力学规律。2、电子运动不同于宏观物体，它没有确定的运动轨道，不能同时测准电子运动的位置和动量；1、电子具有波粒二象性，它具有质量、能量等粒子特征，又具有波长等波的特征。4、电子的能量具有量子化特征3、电子的波动性与电子运动的统计性规律相联系；总结：电子运动的特征：6.2核外电子运动状态的近代描述——氢原子的波函数1.波函数与原子轨道1926年薛定谔提出了著名的描述微观粒子运动的基本方程:波函数(ψ):描述原子中电子运动状态的数学表达式式中:波函数;E原子的总能量;V势能;m电子的质量;h普朗克常数;x、y、z:为电子

5、的空间坐标.薛定谔方程——电子的波动方程式:为求解波函数:直角坐标(x,y,z)变换为球极坐标(r,,):r—P点与原点的距离θ、φ--方位角x=rsinθcosφy=rsinθsinφz=rcosθ解氢原子的薛定谔方程得到多个波函数,每一个合理的解i均为空间坐标(r,,)的函数,如:(x,y,z)(r,,)=R(r)·Y(,).径向波函数角度波函数氢原子的一些波函数及其能量能量每一个波函数代表了原子中电子一种可能的运动状态,与该解对应的能量值就是该运动状态对应的能级.ψ(r,θ,φ)描述的一种电子运动状态称为一个原子轨道原子轨道:即波函数Ψ原子轨

6、道→空间坐标的函数。2.量子数(1)主量子数n:取值:只能取任意正整数值，即1，2，3，…。从薛定谔方程求解合理的波函数时，必须满足一些量子化条件，否则得不到合理的波函数。这些量子化条件称为量子数例如，求解氢原子的薛定谔方程，n=1时，得波函数为：n=2时，得波函数为：主量子数具有的意义:①其值大小决定电子能量的高低，n越小，表示能量越低，n=1时能量最低，如：n=1n=2，有四个不同的波函数，但它们的能量相等：可见，相对于n=1时的波函数，能量较高②主量子数决定电子运动离核的平均距离，n越小，离核越近，n=1时离核最近。因此主量子数n被俗称为电子层.n=1，第一层电子层符

7、号KLMNOP···n123456···电子层按光谱学习惯，用下列符号表示：(2)角量子数l:取值:受主量子数限制，只能取小于n的正整数和零即0、1、2、3…(n–1)，共可取n个值如:主量子数n=1时,l=0n=2,l=0,1n=3,l=0,1,2能级符号spdfg···l01234···按光谱学习惯，电子亚层用下列符号表示：角量子数具有的意义:①决定原子轨道（波函数）的形状,俗称电子亚层例如：n=1时,l=0，1个亚层n=2,l=0,12个亚层n=3,l=0,1,23个亚层(3)磁量子数m:取值:受