第一章原子结构的量子理论.ppt

《第一章原子结构的量子理论.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第一章原子结构的量子理论§1.1微观粒子的波-粒二重性1.氢原子的光谱Balmer公式（可见光区谱线）Rydberg公式（可见光区以外谱线）ν=1/λ：波数n:大于2的正整数RH=1.0973731534×107m-1Rydberg常数n1,n2:正整数且n2>n12.光的波--粒二象性（1）光的电磁波性质波的类型频率(ν/1014Hz)波长（λ/nm)x射线和γ射线≥103≤3紫外线8.6350可见光4.3～7.1420～700红外线3.01000微波≤10-3≥3×106(2)光的量子效应①黑体辐射Planck的量子假说（1900）：①物质吸收或发射的能量是

2、不连续的，只能是某一能量最小单位的倍数。这种能量的最小单位称为能量子，或量子，即能量是量子化的。②每一个量子的能量ε与相应电磁波（光波）的频率ν成正比：h=6.626×10-34J.s-1Planck常数②金属的光电效应当光束照在金属表面上时，电子从金属中脱出的现象，称为光电效应。VA光光电子效应的实验表明①对于某一种金属，只有当照射光的频率达到或超过某一频率时，才会有光电子发出。（此频率称为红限频率或截止频率）②发出的光电子能量与光的强度无关，而是随光的频率增加而加大③只要光的频率超过红限频率，不论光多麽弱，光电子都几乎立刻发出Einstein的光量子假说（1

3、905）当光束和物质相互作用时，其能量不是连续分布的，而是集中在一些称为光子（photon)(或光量子）的粒子上。光子的能量ε正比于光的频率νh:Planck常数Einstein主要由于光电效应方面的工作而在1921年获诺贝尔物理奖3.Bohr的原子结构模型(1913)原子核外的电子只能在符合一定条件的、特定的(有确定的半径和能量）轨道上运动。电子在这些轨道上运动时处于稳定状态，即不吸收能量也不释放能量。这些轨道称为定态轨道(2)电子运动的轨道离核越远，能量越高。当电子处在能量最低的状态时，称为基态。当原子从外界获得能量时，电子可由离核较近的轨道跃迁到离核较远的

4、能量较高的轨道上，这种状态称为激发态。(3)当电子由一个高能量的轨道向低能量的轨道跃迁时，可以光辐射的方式发射其能量。所发射的光量子的能量大小决定于两个轨道之间的能量差E2:高能量轨道的能量E1:低能量轨道的能量ν：辐射光的频率波尔的原子结构模型成功地解释了氢原子的光谱，但无法解释多电子原子的光谱，也无法解释氢原子光谱的精细结构4.微观粒子的波粒二象性(1)德布罗意假设和物质波:1924年，年仅32岁的法国理论物理学家DeBroglie在光的波-粒二象性的启发下，大胆假设：所有的实物的微观粒子，如电子、原子、分子等和光子一样，也具有波粒二象性。λ：波长m:粒子的

5、质量v:粒子运动的速度德布罗意波（物质波）电子衍射实验（ClintonDavissionandLesterGermer,1927)(2)测不准原理（uncertaintyprinciple)1927年，德国科学家海森伯格（Heisenberg）经过严格的推导证明：测不准原理Δx:粒子所在位置的不确定度Δp:粒子动量（速度）的不确定度例：电子的质量m=9.1×10-31kg,若Δx=10-10m则：结论：微观粒子的空间位置和运动速率是不能被同时准确确定的。核外电子运动的轨道是不确定的(3)几率波与波函数具有波动性的电子在空间的几率分布与波的强度有关，电子在空间某区

6、域出现的几率大，即意味着该处电子的波的强度大（衍射强度大），因此，实物微观粒子的波是一种几率波。波函数：描述波的运动状态的数学函数例：两端固定的琴弦振动所形成的驻波的波函数xΨ(x)λ：波长描述微观粒子运动的波动方程式-----薛定谔（Schrodinger）方程(1926)ψ：波函数x、y、z：空间三维坐标方向m:微观粒子（电子)的质量E：微观粒子（电子)的总能量（动能+势能）V:微观粒子（电子)的势能薛定谔方程的解必须满足的条件：①ψ应是x、y、z的连续函数②ψ必须是单值函数③│ψ│2代表几率密度（即在单位体积空间的几率），因此在全部空间的几率密度之和应等于

7、1-----归一化条件。只有当粒子的能量E取某些特殊的值时，薛定谔方程才能求得满足上述条件的解；微观粒子的能量是量子化的微观粒子能够允许具有的能量称为能级微观粒子的能量是不连续的小结：（1）物质的微观粒子具有波-粒二重性（2）微观粒子的能量是量子化的（3）微观粒子在空间的运动用波函数描述，在某处波的强度与粒子在该处出现的几率有关。§1.2(类）氢原子的波函数和电子结构1.单电子原子的波函数的解单电子原子的势能e：电子的电荷量z:原子序数（核电荷数）r：电子与核的距离单电子原子的薛定谔方程：坐标变换：yzxPOθφr分离变量：通过解上述方程得到的描述核外电子运动状

8、态的波函数称为原子轨道波