A130-基础化学-第9章-原子结构-梅俊ppt课件.ppt

烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人主讲：梅俊主讲：梅俊范围：范围：9-109-10 章章Tel:22896322烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人原原原原 子子子子 结结结结 构构构构 和和和和 元元元元 素素素素 周周周周 期期期期 律律律律第九章Atomic Structure&Periodic Law of Elements烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人物质物质分子分子原子原子化学键化学键晶体晶体堆积堆积原子核原子核核外电子核外电子物质的化学变化一般只涉及物质的化学变化一般只涉及核外电子核外电子 运动状态运动状态的改变的改变原子结构主要是原子结构主要是 研究核外电子运动的状态及其排布规律研究核外电子运动的状态及其排布规律烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人第一节量子力学基础及核外电子运动特性量子力学基础及核外电子运动特性量子力学基础及核外电子运动特性量子力学基础及核外电子运动特性烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人希腊语希腊语“原子原子”“不可分割不可分割”-粒子散射实验粒子散射实验:Rutherford E “有核有核”原子模型原子模型:-粒子：粒子：He+核外电子有核外电子有怎样的状态呢怎样的状态呢？一、氢光谱和氢原子的一、氢光谱和氢原子的BohrBohr模型模型“古原子说古原子说”十九世纪初，道尔顿十九世纪初，道尔顿“近代原子学说近代原子学说”十九世纪末，十九世纪末，电子电子和和放射性放射性的发现的发现-原子结构原子结构大门才打开。大门才打开。1904 1904年：年：Thomson Thomson JJJJ原子原子“枣糕模型枣糕模型”烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人原子都是不能再分的粒子；同种元素的原子的各种性质和质量都相同；原子是微小的实心球体近代化学之父、英国科学家约翰道尔顿提出了世界上第一个原子 1803年年 实心球体实心球体烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人电子是平均的分布在整个原子上的，就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。在受到激发时，电子会离开原子，产生阴极射线。1897年发现电子，否定了道尔顿“实心球模型”1904年 汤姆逊枣糕模型 获获19061906年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人(经典电磁学为理论基础)：原子的大部分体积是空的 在原子的中心有一个很小的原子核原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。带负电的电子在核空间进行绕核运动汤姆生的学生卢瑟福完成的粒子轰击金箔实验（散射实验），否认了1911年 卢瑟福行星模型烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人电子不是随意占据在原子核的周围，而是在固定的层面上运动，当电子从一个层面跃迁到另一个层面时，原子便吸收或释放能量为解释氢原子线状光谱这一事实，玻尔提出了核外电子分层排布的原子结构模型1913年 波尔模型烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人波粒二象性测不准原理（1927 海森堡）电子绕核运动形成一个带负电荷的云团 电子云模型电子云模型烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人连续光谱连续光谱：白光通过棱镜分光得到没有明白光通过棱镜分光得到没有明显分界线的光谱。显分界线的光谱。1885年年Balmer J是发现可见光区谱线的波是发现可见光区谱线的波长有简单的规律。长有简单的规律。原子得到能量会发出原子得到能量会发出单单色光色光，经过棱镜分，经过棱镜分光得到光得到线状光谱线状光谱。烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人1913年年Bohr N借助借助Planck量子理论，很量子理论，很好地解释了氢原子光谱，建立了氢原子好地解释了氢原子光谱，建立了氢原子模型，提出了模型，提出了Bohr理论理论：1、能级假说：、能级假说：定态：电子在轨道上运动时，不吸收也不定态：电子在轨道上运动时，不吸收也不辐射能量。辐射能量。能级：轨道上电子有特定的能量值。能级：轨道上电子有特定的能量值。E=-RHn2RH=2.18 10-18Jn=1,2,3烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人+量子化轨道量子化轨道定态定态能量具有确定值能量具有确定值基态基态激发态激发态能量最低能量最低n=1n=2n=3烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人E=-2.1810-18 JE=-RHn2RH=2.18 10-18Jn=1,2,3主量子数主量子数氢原子基态氢原子基态n=1能量能量氢原子第一激发态氢原子第一激发态n=2能量能量E=-(2.1810-18)/4 J烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人2 2、能级间的跃迁、能级间的跃迁 电子由一定态电子由一定态跃迁跃迁到另一定态时要吸收到另一定态时要吸收或放出能量或放出能量跃迁：跃迁：电子的能量由一个能级改变到另一个能级。电子的能量由一个能级改变到另一个能级。烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人+基态基态(n1)激发态激发态(n2)烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人+基态基态(n1)激发态激发态(n2)吸收能量吸收能量烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人+E=En2-En1=h 基态基态(n1)激发态激发态(n2)吸收能量吸收能量烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人+E=En1-En2=h 基态基态(n1)激发态激发态(n2)放出能量放出能量烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人E=En1-En2=h =c/E=-RHn2-E=RHn12RHn22-=h =hc/烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 Bohr Bohr理论的成功之处：理论的成功之处：运用了量子化的观点，可解释氢原子光谱。运用了量子化的观点，可解释氢原子光谱。Bohr Bohr理论的不足之处：理论的不足之处：没有完全摆脱经典力学的束缚，无法没有完全摆脱经典力学的束缚，无法解释多电子原子光谱。解释多电子原子光谱。（微观粒子的运动规律需用量子力学处理）（微观粒子的运动规律需用量子力学处理）烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人二、电子的波粒二象性 1905年爱因斯坦年爱因斯坦(Einstein)为了解释为了解释光电光电效应效应提出提出，光子论学说光子论学说确立了确立了光具有光具有波粒二象性波粒二象性。光具有波的性质，能量：光具有波的性质，能量：E=h 光具有粒子的性质，动量：光具有粒子的性质，动量：p=mcEinstein方程式方程式E=mc2烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人mc2=h mc=h/c=h/=h/mc联系光的联系光的波动性波动性和和粒子性粒子性的关系式的关系式 1924年年仅年年仅27岁德布罗意（岁德布罗意（de Broglie)提出提出电子电子等微粒等微粒具有波粒二象性具有波粒二象性的假设。的假设。=h/mv=h/pde Broglie关系式关系式烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人粒子性物理量粒子性物理量（p,m,v)波动性物理量波动性物理量 （)Planck常数常数 （h)=6.62610-34 Js =-=-phhmvde Broglie关系式关系式烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 =-=-phhmv电子运动的速度：电子运动的速度：1/2mv2=eV由加速电场的电压由加速电场的电压V决定决定当加速电场的电压当加速电场的电压V=1000V时时计算的电子运动的波长计算的电子运动的波长=39pm,波长的波长的数量级和数量级和X射线射线相近，用普通光栅无法检相近，用普通光栅无法检验出它的波动性。验出它的波动性。烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 1927年戴维思年戴维思(Davisson)和革末和革末(Germer)借鉴借鉴X衍射实验衍射实验;得到了得到了电子衍射图电子衍射图，证实了证实了de Broglie 假设。假设。烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人电子衍射图的意义电子衍射图的意义电子具有波动性电子具有波动性波峰波峰 +波峰波峰 =明纹明纹波峰波峰 +波谷波谷 =暗纹暗纹电子波是概率波电子波是概率波明纹明纹波强度大波强度大电子出现概率大电子出现概率大暗纹暗纹波强度小波强度小电子出现概率小电子出现概率小烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 例例9-19-1（1 1）在在1V1V电压下，电压下，电子电子的运动的运动速度为速度为5.9105.9105 5 ms-1-1 ，电子的质量为，电子的质量为9.110.110-31-31 kg，试计算电子波的波长。，试计算电子波的波长。解：解：烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人解：解：=-=-hmv 例例9-19-1（1 1）在在1V1V电压下，电压下，电子电子的运动的运动速度为速度为5.9105.9105 5 ms-1-1 ，电子的质量为，电子的质量为9.110.110-31-31 kg，试计算电子波的波长。，试计算电子波的波长。烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人解：解：=-=-hmv=6.626106.62610-34-349.1109.110-31-315.9105.9105 5 例例9-19-1（1 1）在在1V1V电压下，电压下，电子电子的运动的运动速度为速度为5.9105.9105 5 ms-1-1 ，电子的质量为，电子的质量为9.110.110-31-31 kg，试计算电子波的波长。，试计算电子波的波长。烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人解：解：=-=-hmv=6.626106.62610-34-349.1109.110-31-315.9105.9105 5=1.210=1.210-9-9(m)(m)例例9-19-1（1 1）在在1V1V电压下，电压下，电子电子的运动的运动速度为速度为5.9105.9105 5 ms-1-1 ，电子的质量为，电子的质量为9.110.110-31-31 kg，试计算，试计算电子波的波长电子波的波长。=1200pm1200pm烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 例例9-19-1（2 2）质量为质量为1.01010-8-8 kg的的沙粒沙粒以以1.0101.010-2-2ms-1-1的速度运动的速度运动,波长是多少？波长是多少？烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 例例9-19-1（2 2）质量为质量为1.01010-8-8 kg的的沙粒沙粒以以1.0101.010-2-2ms-1-1的速度运动的速度运动,波长是多少？波长是多少？解：解：=-=-hmv6.626106.62610-34-341.0101.010-8-81.0101.010-2-2=6.610=6.610-24-24(m)(m)=说明说明:物质的质量愈大物质的质量愈大,波长愈小波长愈小烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人=-=-hmvde Broglie关系式关系式电子电子=1.210-9(m)沙粒沙粒=6.610-24(m)宏观物体宏观物体的波长，小到难以测量，以致其的波长，小到难以测量，以致其 波动性难以察觉，仅表现出波动性难以察觉，仅表现出微观世界粒子微观世界粒子质量小，其波长不可忽略而质量小，其波长不可忽略而 表现出表现出=1200pm粒子性粒子性波动性波动性烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人三、三、测不准原理测不准原理宏观物体运动状态宏观物体运动状态可同时准确测定运动坐标和动量可同时准确测定运动坐标和动量有确定的运动轨道有确定的运动轨道微观粒子运动状态微观粒子运动状态无法同时准确测定运动坐标和动量无法同时准确测定运动坐标和动量没有确定的运动轨道没有确定的运动轨道烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人HeisenbergHeisenberg测不准关系式测不准关系式x px h/4x 为为x方向坐标的测不准量方向坐标的测不准量px 为为x方向的动量测不准量方向的动量测不准量意义：意义：具有波动性的粒子没有确定运动轨道，具有波动性的粒子没有确定运动轨道，只能用其在空间某一微区域可能出现只能用其在空间某一微区域可能出现 的的几率大小几率大小来描述它的来描述它的运动状态运动状态。烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人例例9-2 电子在原子核附近运动的速度约为电子在原子核附近运动的速度约为6 106ms-1,原子半径约原子半径约10-10m。若速度误。若速度误差为差为1%，电子的位置误差，电子的位置误差 x有多大？有多大？xh/4 m v=解：解：v=6 106ms-1 0.01=6 104ms-16.626 10-34kgm2s-14 9.1 10-31kg 6 104ms-1=1 10-9m x比原子半径大比原子半径大10倍，无精确的位置。倍，无精确的位置。烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人例例9-3 .子弹（质量为子弹（质量为0.01kg，速度，速度1000ms-1)、.尘埃（质量为尘埃（质量为10-9kg，速度，速度10ms-1)、.作布朗运动的花粉（质量为作布朗运动的花粉（质量为10-13kg，速，速度度1ms-1)。若速度误差为若速度误差为1%，判断在确定这些质点，判断在确定这些质点位置时，测不准原理是否有实际意义？位置时，测不准原理是否有实际意义？烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人解：解：.子弹（质量为子弹（质量为0.01kg，速度，速度1000ms-1)xh/4 m v=解：解：v=1000ms-1 0.01=10ms-16.626 10-34kgm2s-14 0.01kg 10ms-1=5.27 10-34m烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人.尘埃（质量为尘埃（质量为10-9kg，速度，速度10ms-1)xh/4 m v=解：解：v=10ms-1 0.01=0.1ms-16.626 10-34kgm2s-14 10-9kg 0.1ms-1=5.27 10-25m烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人.花粉（质量为花粉（质量为10-13kg，速度，速度1ms-1)xh/4 m v=解：解：v=1ms-1 0.01=0.01ms-16.626 10-34kgm2s-14 10-13kg 0.01ms-1=5.27 10-20m烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人.子弹：子弹：x 5.27 10-35m.尘埃尘埃:x 5.27 10-25m.花粉花粉:x 5.27 10-20m.原子中的电子：原子中的电子：x 1 10-9m比原子比原子半径大半径大10倍倍烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释第二节烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人de Broglie关系式关系式仅适用于仅适用于无作用力无作用力下微下微观粒子的运动。观粒子的运动。原子中核外电子要受到原子核和其它电原子中核外电子要受到原子核和其它电子的作用，子的作用，核外电子的运动就不适用于核外电子的运动就不适用于de Broglie关系式关系式。1926年，年，Schrodinger E推导出了在力推导出了在力场作用下微观粒子运动的波动方程。场作用下微观粒子运动的波动方程。烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人薛定谔（薛定谔（Schrodinger)Schrodinger)方程式方程式e2 2 2 2ex+e2 2 2 2ey+e2 2 2 2ez+2 22 2h(E-V)=0 08 8m mx、y、z 电子在空间的坐标电子在空间的坐标m 电子的质量电子的质量E 电子的总能量电子的总能量V 电子的势能电子的势能 电子的波函数电子的波函数粒子性粒子性波动性波动性方程式的解方程式的解求解此方程很复杂。求解此方程很复杂。遗憾！遗憾！烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人波函数波函数()描述电子的运动状态描述电子的运动状态，但，但没有明确的物理意义。没有明确的物理意义。薛定谔方程的解薛定谔方程的解 波函数波函数（）概率密度概率密度 2，代表电子在核外空代表电子在核外空 间某点间某点(r,),)出现的概率密度出现的概率密度。概率概率 2dv，代表某点周围微单位代表某点周围微单位 体积中电子出现的体积中电子出现的概率概率。电子云电子云 2的形象表示，的形象表示，单位体积单位体积 内黑点数与内黑点数与 2 值成正比的图形。值成正比的图形。烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人以以 2 2表对表对(r,r,)作图。作图。黑色深的地方表示电黑色深的地方表示电子的概率密度子的概率密度大大，浅，浅的地方概率密度的地方概率密度小。小。形象化形象化表示电子概率表示电子概率密度的几何图形密度的几何图形电子云。电子云。烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 通过解薛定谔方程式得到的每个合理解通过解薛定谔方程式得到的每个合理解 波函数，描述原子中一个电子的运动波函数，描述原子中一个电子的运动状态，又常称为状态，又常称为原子轨道原子轨道。烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 电子运动状态用电子运动状态用 和相应能量和相应能量E描述。描述。电子具有波粒二象性电子具有波粒二象性,电子波即概率波电子波即概率波 一个一个对应一确定能量值对应一确定能量值(定态定态)，电子能，电子能量具量具有有量子化特征量子化特征(不连续的不连续的)。无确定的运动轨道无确定的运动轨道波函数给出了电子运动的全部信息：波函数给出了电子运动的全部信息：烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人HHe+Li2+核外只有一个电子核外只有一个电子可精确求解其可精确求解其SchrodingerSchrodinger方程方程 把直角坐标换成球极坐标把直角坐标换成球极坐标 氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释一、量子数一、量子数 quantum numberquantum number烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人r(r,),)P(x,y,z)z zx xy yP P直角坐标转换成球极坐标直角坐标转换成球极坐标x=r sincossincosy=r sinsinsinsinz=r coscos0 0一、量子数一、量子数 quantum numberquantum number氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人r=x2+y2+z2r(r,),)P(x,y,z)z zx xy yP P直角坐标与极坐标的关系直角坐标与极坐标的关系x=r sincossincosy=r sinsinsinsinz=r coscosO O一、量子数一、量子数 quantum numberquantum number氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人HHe+Li2+核外只有一个电子核外只有一个电子可精确求解其可精确求解其SchrodingerSchrodinger方程方程 把直角坐标换成球极坐标把直角坐标换成球极坐标 SchrodingerSchrodinger方程解方程解出氢原子的函数出氢原子的函数 n，l，m(r,),)及其能量及其能量(表表9 92)2)一、量子数一、量子数 quantum numberquantum number氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人一、量子数一、量子数 quantum numberquantum number量子数量子数引入三个取值一定的引入三个取值一定的整数整数薛定谔方程才有薛定谔方程才有合理的解合理的解n，l，m(r,),)代表一个原子轨道代表一个原子轨道nlm（电子的运动状态）（电子的运动状态）氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人1 1、三个量子数的取值和物理意义、三个量子数的取值和物理意义nlm物理意义物理意义取值规律取值规律决定电子离核的远近决定电子离核的远近和能量的高低和能量的高低(电子层数电子层数)1 1、2 2、3 3n决定原子轨道形状决定原子轨道形状和能量的高低和能量的高低 (能级或亚层能级或亚层)0 0、1 1、2 2、3 3(n-1)1)s s、p p、d d、f f 决定原子轨道在空决定原子轨道在空间的伸展方向间的伸展方向0 0、11、22l主量子数主量子数轨道角动轨道角动量量子数量量子数磁量子数磁量子数氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人2 2、量子数组合与轨道数、量子数组合与轨道数n l m 同层轨道数同层轨道数(n2)能级能级1 0 011s1s(或或1 1、0 0、0 0）2 0 02s1 02pz*412px,2py1 12 2氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3 0 03s1 03pz *92 03dz2 *3dxy,3d(x2-y2)n l m 同层轨道数同层轨道数(n2)能级能级13px,3py13dxz,3dyz23 3*简并简并(等价等价)轨道轨道:能量相同即能级相同能量相同即能级相同2 2、量子数组合与轨道数、量子数组合与轨道数氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3 3、自旋角动量量子数（、自旋角动量量子数（Si)表示电子自旋方向的量子数表示电子自旋方向的量子数氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人3 3、自旋角动量量子数（、自旋角动量量子数（S)表示电子自旋方向的量子数表示电子自旋方向的量子数取值：取值：+、-（或（或和和）特点：与特点：与n、l、m无关无关1212平行自旋平行自旋 反平行自旋反平行自旋氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人 结论：结论：描述原子轨道：描述原子轨道：n、l、m描述电子运动状态：描述电子运动状态：n、l、m、Si一、量子数一、量子数 quantum numberquantum number氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人下列各套量子数中哪些是不可能存在的下列各套量子数中哪些是不可能存在的 2、0、1、+1、1、0、-4、0、0、-121212氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人用四个量子数表示用四个量子数表示2p2电子的运动状态电子的运动状态氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人用四个量子数表示用四个量子数表示2p2电子的运动状态电子的运动状态 2、1、0、+；2、1、1、+1212氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人用四个量子数表示用四个量子数表示2p2电子的运动状态电子的运动状态 2、1、0、+；2、1、1、+1212(2、1、0、+)12；(2、1、1、+)12氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人已知基态已知基态NaNa原子的价电子处于最外层原子的价电子处于最外层3 3S S 亚层试描述它的运动状态亚层试描述它的运动状态3 3、0 0、0 0、1/2(1/2(或或-1/2)-1/2)解：最外层解：最外层3S亚层的亚层的n=3，l=0，m=0它的运动状态表示：它的运动状态表示：氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人二二、原子轨道的角度分布、原子轨道的角度分布 n，l，m(r,)=,)=R n,l(r)Y l,m(,)(,)R函数函数角度波函数角度波函数 氢原子的一些波函数及其能量氢原子的一些波函数及其能量波函数波函数径向波函数径向波函数Y函数函数见见p175 p175 表表9-29-2氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人角度波函数角度波函数Y l,m(,)(,)随随、方位角的变化作图方位角的变化作图原子轨道角度分布图原子轨道角度分布图 n，l，m(r,)=,)=R n,l(r)Y l,m(,)(,)(又称又称Y Y函数图函数图)二二、原子轨道的角度分布、原子轨道的角度分布氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人xzYs+s轨道角度分布图轨道角度分布图1.s 1.s 轨道角度分布图轨道角度分布图Ys=1/4=0.282 代入任何方位角其代入任何方位角其Ys值均为常数值均为常数球面分布图球面分布图3060135氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人p轨道角度分布图轨道角度分布图2.P2.Pz z 轨道角度分布图轨道角度分布图Ypz=3/4 cos 代入不同的代入不同的角求角求其其Ypz值值双球面分布图双球面分布图3060 xzYpz+-(p176)例例 30。0.423 60。0.244氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人xzYs+yxxzxzYpyYpxYpz+-+-氢原子的氢原子的S、P原子轨道角度分布剖面图原子轨道角度分布剖面图烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人-+-+yxzyxxYdxyYdz2Ydx2-y 2（Ydyz、Ydxz）3.d轨道角度分布图轨道角度分布图烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人二、原子轨道的角度分布二、原子轨道的角度分布角度波函数只与角度波函数只与l，m有关有关，只要，只要l，m相相 同，即使同，即使n不同，其角度分布图均一样。不同，其角度分布图均一样。原子轨道角度分布图的原子轨道角度分布图的正负号正负号除反映除反映Y函函 数值的正负外，也反映电子的波动性。数值的正负外，也反映电子的波动性。角度波函数与角度波函数与 r 无关无关。n，l，m(r,)=,)=R n,l(r)Y l,m(,)(,)氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人电子云的角度分布图电子云的角度分布图n，l，m(r,)=,)=R n,l(r)Y l,m(,)(,)电子云径向部分电子云径向部分电子云角度部分电子云角度部分电子云角度分布图电子云角度分布图2 22 22 2Y 2l,m(,)(,)随随、方位角的变化作图方位角的变化作图氢原子结构的量子力学解释氢原子结构的量子力学解释烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人xzYs2yxxzxzYpy2Ypx2Ypz2S S、P P轨道电子云的角度分布图轨道电子云的角度分布图烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人xzYs2xS S、P P轨道电子云的角度分布图轨道电子云的角度分布图烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人xxzYpyYpx+-+电子云与原子轨道角度分布图的比较电子云与原子轨道角度分布图的比较yyxxzYpy2Ypx2烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人yxzyxxYd 2xyYd 2z2Yd 2x2-y 2（Yd 2yz、Yd 2xz）d d轨道电子云角度分布图轨道电子云角度分布图烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人-+-+zyxxYdz2Ydx2-y 2电子云与原子轨道角度分布图的比较电子云与原子轨道角度分布图的比较zyxxYd 2z2Yd 2x2-y 2烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人原子轨道原子轨道图形形状图形形状角度函数角度函数2 2电子云电子云Y l,m(,)(,)Y l,m(,)(,)图形较胖图形较胖图形较瘦图形较瘦正负情况正负情况有正负之分有正负之分均为正值均为正值两者图形相似两者图形相似|Y|1 1|Y|2 2|Y|Y2 20 0氢原子的波函数烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该