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1、江苏省睢宁高级中学(新校区)化学奥赛辅导讲义第一讲电子的运动状态一.波耳理论1.核外电子运动取一定的轨道.在此轨道上运动的电子不放出能量也不吸收能量;2.在一定轨道上运动的电子有一定的能量,这能量只能取某些有量子化条件决定的正整数值.根据量子化条件,可推求氢原子核外轨道的能级公式:E=(-13.6/n2)eV或E=(-2.179×10-18/n2)Jn=1,2,,3,4…正整数原子在正常或稳定状态时电子尽可能地处于能量最低的轨道,这种状态称为基态.氢原子处于基态时,电子在n=1的轨道上运动,能量最低,为13.6eV(或2.179×10-18J);其半径为
2、52.9pm,称为波耳半径.表征微观粒子运动状态的某些物理量只能是不连续的变化,称为量子化,核外电子运动能量的量子化,是指电子运动的能量只能取一些不连续的能量状态,又称为电子的能级.当激发到高能级(E2)的电子跃迁回到较低能级(E1)时,就会放出能力,发光.释放出的光子的频率和能量的关系为:E2-E1=hν二.波粒二象性法国物理学家德布罗意:假如光具有二象性,那么微观粒子在某些情况下,也呈现波动性.具有质量m、运动速度v粒子,波长λ:λ=h/mv∵动量P=mv∴λ=h/P上式左边是电子的波长λ表明它的波动性特征,右边是动量P代表它的粒子性,通过普朗克常数
3、h(h=6.63×10-34J·S)把电子的粒子性和波动性定量地联系起来了,即电子的波粒子二象性.电子显微镜就是利用高速运动的电子束代替光波的一种显微镜.学生练习:一个电子的质量=9.11×10-31Kg,速度=106m·s-1,试求其波长.三.测不准原理海森堡认为:微观粒子的位置与动量之间应有以下的测不准关系:△x·△ｐ ＝ ｈ上式△ｘ为微观粒子在空间某一方向的位置的不准量，△ｐ为动量的不准值．测不准关系指出：欲用经典力学中的物理量位置和动量来描述微观粒子的运动时，原则上不可能同时完全准确地测定电子的位置和动量．即粒子位置的测定准确度越大（△ｘ越小），
4、则相应的动量的准确度就越小，反之亦然．由于电子是微观粒子,具有量子性和波粒二象性,所以电子运动状态要用四个量子数确定的波函数来描述.四．核外电子运动状态的描述量子力学认为：一个电子并不是象一个波那样分布于一个大的空间区域，而是用电子在空间出现机会的种种图象来描述电子的运动（如电子云），它的表现有波的特性．每个波的振幅是其位置坐标的函数此函数称为波函数，用符号ψ表示．为了表示波函数，必须引用只能取某些整数值的三个参数，称之为量子数：主量子数 ｎ ＝ １，２，３，４…角量子数 ｌ ＝ ０，１，２，…，（ｎ－１）磁量子数 ｍ ＝ ＋ｉ，…，＋１，０，－１，…，
5、－ｉ（１）主量子数 ｎ主量子数（ｎ）即电子层数．ｎ相同的电子，在同一原子内近乎在同样的空间范围运动．当 ｎ ＝ １，２，３，４，５，６，７ 电子层符号： Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｑ（２）角量子数ｌ角量子数ｌ（电子亚层），确定原子轨道的形状并在多电子原子中和ｎ一起决定电子的能级．电子绕核转动时，有一定的角动量Ｍ，Ｍ大小与原子轨道形状有关：ｌ ＝０即电子运动轨道是球形对称的；ｌ ＝１即电子运动轨道是呈哑铃形（或纺锤形）；ｌ ＝２即电子运动轨道是呈花瓣形分布的．ｌ ＝０，１，２，３，…，（ｎ－１）相应能级分别为：ｌ ＝０ ｓｌ ＝１ ｓ，ｐｌ
6、＝２ ｓ，ｐ，ｄｌ ＝３ ｓ，ｐ，ｄ，ｆ练习：一个电子处在ｎ＝２，ｌ＝０的运动状态就为 电子．(3)磁量子数m磁量子数m决定原子轨道在空间的取向磁量子数m可以取值:m=0,+1,+2…+l共有(2l+1)个值lm空间运动状态数00S轨道,一种1+1,0,-1p轨道,三种2+2,=1,0,-1,-2d轨道,五种3+3,+2,+1,0,-1,-2,-3f轨道,七种电子在空间的运动状态数就等于磁量子数,这些状态的能量在没有外加磁场时是相同的。例如，p电子的三种空间运动状态（px，py，pz）能量完全相同，又称之为简并状态。电子处于不同的运动状态，
7、sｐd和f都有相应的原子轨道，要用不同的波函数ψn〈l〈m来表示ψ（n，l，m）又叫原子轨道。在每一个原子轨道上电子可以取两种相反的状态↑或↓。各电子层可能有的状态数等于2n2。四、几率密度和电子云【课后巩固练习】
