资源描述：
《无机化学-原子结构和元素周期律-2.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、6-3核外电子运动状态的描述6-3-1薛定谔方程(Schrödinger’sequation)6-3-2量子数的概念6-3-3用图形描述核外电子的运动状态第6章原子结构和元素周期律1926年，奥地利物理学家Schrödinger创建量子力学的波动方程。6-3-1薛定谔方程(Schrödinger’sequation)E.Schrödinger(1887-1961)1933年薛定谔和英国物理学家狄拉克共同获得了诺贝尔物理学奖，被称为量子物理学之父。薛定谔方程是一个二阶偏微分方程：式中，x、y、z表示空间直角坐标；V是势能，和被研究微粒
2、的具体环境有关，m是微粒的质量(V和m是已知条件)；h为普朗克常数；E是体系的能量；波函数ψ是x、y、z的函数。解此方程可得：①系统的能量E；②波函数ψ。ψ是描述原子核外电子运动状态的数学函数式。如1s轨道：(1)坐标变换:ψ(x,y,z)ψ(r,,)(2)变量分离:ψ(r,,)=R(r)·Y(,)求解薛定谔方程的主要步骤：波函数的径向部分波函数的角度部分n,l,m均为整数,是不连续的,即是量子化的,称为量子数；只有它们经合理组合,ψn,l,m才有合理解。(3)引入三个量子化参数:ψn,l,m(r,,)=R(r)·
3、Y(,)最终得到的波函数ψ是一系列三变量r,,和三参数n,l,m的函数。由薛定谔方程解出来的描述核外电子运动状态的波函数ψn,l.m在量子力学上称原子轨道(orbital,不是轨迹!)。例如,ψ1,0,0是1s轨道，ψ2,0,0是2s轨道。有时波函数要经过线性组合，才能得到具有实际意义的原子轨道。解出每一个原子轨道函数，都同时解得一个特定的能量E与之相对应。对于氢原子来说：主量子数:n=1,2,3,4,……正整数角量子数:l=0,1,……,(n1)磁量子数:m=l,…,0,…,+l波函数ψ的下标n,l,m是在解薛定谔方程
4、时引进的参数，称为量子数。6-3-2量子数的概念它们决定着一个波函数所描述的电子及其所在原子轨道的某些物理量的量子化情况，如电子的能量、原子轨道离核的远近、原子轨道的形状和空间取向等。n,E;n时，E=0,即自由电子的能量为零。n可取1,2,3,4,5,…等正整数1.主量子数n(1)主量子数在确定电子运动的能量时起着头等重要的作用。在单电子体系(氢原子或类氢离子)中电子的能量完全由n决定：(2)n表示电子出现概率最大区域离核的平均距离—电子层的概念。n相同的电子为一个电子层。n=1234567电子层符号KLMNOPQn愈大，
5、电子离核愈远，能量E愈高。对于多电子体系，核外电子的能量不完全取决于n，还要受到其他量子数(l)的影响。角量子数l确定轨道的形状，并在多电子原子中和主量子数n一起决定电子的能量。l=0,1,2,3,4……(n-1)光谱学符号：s,p,d,f,g……形状：球形哑铃形花瓣形2.角量子数l共有n个值+1sl=0l=1l=2具有相同n和l值的轨道处于同一亚层(能级),如3d亚层(n=3,l=2)。在多电子原子中，同一电子层内，l值越大，该电子亚层能级越高，即能级分裂Ens6、关，即Ens=Enp=End=Enflm原子轨道空间取向00s轨道1种1+1,0,-1p轨道3种2+2,+1,0,-1,-2d轨道5种3+3,+2,+1,0,-1,-2,-3f轨道7种3.磁量子数m磁量子数m决定原子轨道在核外空间的取向。取值:m=0,±1,±2……±l，共(2l+1)个值m取值个数(2l+1)=亚层原子轨道数对s轨道：n=n,l=0,m=0,波函数为ψn,0,0，原子轨道符号为ns,如1s,2s,3s,等。ns轨道在核外空间中只有一种取向，即以核为球心的球形分布。+ns磁量子数m一般不影响原子轨道的能量。n、
7、l相同,m不同的能量相等的原子轨道称简并轨道。对p轨道：l=1,m=0、+1、1,故p轨道在核外空间有三种不同的取向。对d轨道：l=2,m=0,±1,±2，有五个不同的空间取向。4.*自旋量子数ms自旋量子数ms决定了自旋角动量在外加磁场方向分量的大小。电子既有围绕原子核的旋转运动，也有自身的旋转，称为电子的自旋。ms取值只有两种：+1/2和1/2。即电子自旋方式只有两种：和。注意：ms不是由求解薛定谔方程得到的量子数。n,l,m一组合理组合的三个量子数可以决定一个原子轨道。n,l,m,ms四个量子数确定之后，就可以确定原子
8、中每个电子的运动状态。按四个量子数间的关系，可以确定每一电子层中可能存在的电子运动状态数，即每一电子层可容纳的最大电子数目(2n2)。作业提示：1+3+5+…+(2n-1)=n2用4个量子数n,l,m,和ms分别描述n=4且l=3的所
