最新原子结构30幻灯片.ppt

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1、氢原子光谱与氢原子光谱与Bohr理论理论电子的波粒二象性电子的波粒二象性Schrdinger方程与量子数方程与量子数氢原子的基态氢原子的基态氢原子的激发态氢原子的激发态氢原子结构氢原子结构1 -222115s )11(10289. 3nnv12nn )11(R J)11(102.179 s )11(10289.3sJ10626.6 2221H222118-1-22211534nnnnnnhvERH: Rydberg常数1-22151s )111(10289.3vhvEEE118H-115J10179.2 Rs10289.3IhEJ10179. 2/J10179.2 s1110289. 3218

2、2181 -2215nEnnhhvEEEnn电子的波粒二象性电子的波粒二象性1924年：Louis de Broglie认为： 质量为 m ,运动速度为v 的粒子,相应的波长为：常量PlancksJ10626.6/34hphmvh 1927年，Davisson和Germer应用Ni晶体进行电子衍射实验，证实电子具有波动性。空间直角坐标常数质量势能总能量波函数:, Planck: : : : : 822222222zyxhmVEVEhmzyxSchrdingerSchrdinger方程与量子数方程与量子数1 Schrdinger方程2 四个量子数四个量子数(1) 主量子数主量子数 n n=1,

3、2, 3,(2) 角量子数角量子数 l 1,.2, 1 ,0nl(3) 磁量子数磁量子数 m (4) 自旋量子数自旋量子数 ms,21smllm.,0,.21sm主量子数n:与电子能量有关，对于氢原子，电子能量唯一决定于n；不同的n值，对应于不同的电子壳层：.K L M N O.J10179.2218nE角量子数l: 1 与角动量有关，对于多电子原子， l 也与E有关。 2 l 的取值 0，1，2，3n-1 s, p, d, f. 3 l 决定了的角度函数的形状。 磁量子数m1 与角动量的取向有关，取向是量子化的；2 m可取 0，1, 2l3 m值决定了角度函数的空间取向s轨道轨道(l = 0

4、, m= 0)p轨道轨道(l = 1, m = +1, 0, -1)d 轨道轨道 (l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2)f 轨道轨道( l = 3, m = +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 )如果我们能设计一个实验准确测定微粒的位置, 那就不能准确测定其动量, 反之亦然.如果我们精确地知道微粒在哪里, 就不能精确地知道它从哪里来, 会到哪里去;如果我们精确地知道微粒在怎样运动, 就不能精确地知道它此刻在哪里.重要暗示重要暗示不可能存在不可能存在Rutherford和和Bohr模模型中行星绕太阳那样的电子轨道型中行星绕太阳那样的电子轨道海森堡的不确定原理

5、海森堡的不确定原理 x ph/(4)直角坐标( x,y,z)与球坐标 的转换 , r222cossinsincossinzyxrrzryrx, , rzyx ,YrR测不准关系测不准关系不是限制人们的认识限度，而是不是限制人们的认识限度，而是限制经典力学的适用范围，说明微观体系的限制经典力学的适用范围，说明微观体系的运动有更深刻的规律在起作用，这就是量子运动有更深刻的规律在起作用，这就是量子力学所反应的规律力学所反应的规律.综上所述，具有波粒二象性的电子，已综上所述，具有波粒二象性的电子，已不再遵守经典力学规律，它们的运动没有不再遵守经典力学规律，它们的运动没有确定的轨道，只有一定的空间几率分

6、布，确定的轨道，只有一定的空间几率分布，遵守测不准原理。遵守测不准原理。 n, l, m 一定,轨道也确定 0 1 2 3轨道 s p d f例如: n =2, l =0, m =0, 2s n =3, l =1, m =0, 3pz n =3, l =2, m =0, 3dz2思考题: 当n为3时, l ,m,分别可以取何值? 轨道的名称怎样?氢原子的基态氢原子的基态1 总能量2 波函数J10179.2J10179.2181218sEnE 00/30/301,41,:12:, ararear YearRYrRr角度部分径向部分 pm9 .52 120/300aearRar半径Bohrr 01

7、2030RaR0r径向部分41,Y,1rs是一种球形对称分布角度部分3 波函数的物理意义：描述原子核外电子运动的方式2 :原子核外发现电子的几率密度径向分布函数D(r)d2概率rr d4d2rr d422概率d空间微体积224)(rrD令：氢原子的激发态氢原子的激发态 1 2s态:n=2, l=0, m=0J105448. 0-210179. 2-19-218-2sE41)-2(8102/-0302sareara0/-030)-2(2141=areara2 2p态:n =2 , l =1 , m = +1,0,-1)0(2mpz为例以cos43)(2410z2/-0302arpearacos)

8、(21410/-030arearacosA=cos43=),(Y10.8660.50-0.5A0.877A0.5A0-0.5Ao0o30o60o90o120coszpY222zpY3 3d态:n=3, l=2, m=0,2, 12d3zn=3, l=2, m=022d3yx n=3, l=2n=3, l=2xyd3n=3, l=2xzd3n=3, l=2yzd3小结:量子数与电子云的关系(1) n: 决定电子云的大小(2) l: 描述电子云的形状(3) m: 描述电子云的伸展方向 多电子原子结构多电子原子结构多电子原子轨道能级多电子原子轨道能级核外电子排布核外电子排布轨道:与氢原子类似,其电子

9、运动状态可描 述为1s, 2s, 2px, 2py, 2pz, 3s能量:与氢原子不同, 能量不仅与n有关, 也与l有关; 在外加场的作用下, 还 与m有关多电子原子轨道能级多电子原子轨道能级1 Pauling近似能级图根据光谱实验整理出的近似能级图，只是顺序图！Cotton原子轨道能级图H原子轨道能量只与n 有关, 其它原子轨道均发生能级分裂各种同名轨道的能量毫无例外地随原子序数增大而下降.从Sc 开始, 第4周期元素的3d 轨道能级低于4s.3d 过渡金属被氧化时,4s 轨道都先于3d 轨道失去电子.3 屏蔽效应屏蔽效应:由核外电子云抵消一些核电荷的作用。J)(10179.22218nZE

10、的值由Slater规则确定Slater规则规则 Z*= Z-如果将球形屏蔽罩携带的负电荷视为集如果将球形屏蔽罩携带的负电荷视为集中于原子核上的点电荷中于原子核上的点电荷, 净效果则相当于核的净效果则相当于核的真实正电荷真实正电荷Z(原子序原子序)降至某一数降至某一数Z*(有效核电有效核电荷荷). 减少的数值叫屏蔽参数减少的数值叫屏蔽参数(). 位于被屏蔽电子右边的各组, =0 Slater规则的内容：将原子中的电子分成如下几组：(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)1s轨道上的2个电子间=0.30; n1时,=0.35 被屏蔽电子为ns或np时

11、, (n-1)层对它= 0.85 , 小于(n-1)层层的=1.00被屏蔽电子nd或nf 时，左边各组=1.004 穿钻效应 进入原子内部空间，受到核的较强的吸引作用。核外电子排布核外电子排布（核外电子分布三原则）（核外电子分布三原则） (1)最低能量原理最低能量原理 电子在核外排列应尽先分布在低能级轨道上, 使整个原子系统能量最 低。 (2)Pauli不相容原理不相容原理 每个原子轨道中最多容纳两个自旋式相反的电子。 (3)Hund 规则规则 在n和 l相同的轨道上, 分布电子,将尽可能分布在m值不同的轨道, 且自旋相同。14s3dAr 4s3d3p3s2p2s1s:Cr2451562622

12、14s3dAr 4s3d3p3s2p2s1s:Cu291011062622N:Hund特例特例 当轨道处于全满,半满.全空时,原子较稳定26号Fe:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2怎样推算出各层(shell)和各亚层 (subshell)的最大容量? 元素周期律元素周期律原子的电子层结构原子的电子层结构和元素周期系和元素周期系元素性质的周期性元素性质的周期性量子数量子数,电子层电子层,电子亚层之间的关系电子亚层之间的关系共七个周期: 一个特短周期(1); 二个短周期(2,3); 二个长周期(4,5); 二个特长周期(6,7), 第7周期又叫不完全周期.序号还表达了该周期中

13、原子开始建立的电子层. 例如, 第4周期开始建立n = 4 的电子层, 即开始建立N 层电子.七个周期对应于顺序图中的七个能级组除第一周期外, 各周期均以填充s 轨道的元素开始, 并以填充p 轨道的元素告终原子的电子层结构和元素周期系原子的电子层结构和元素周期系如果元素所在的周期号和族号为已知, 应该能够迅速写出原子的价电子组态.元素性质的周期性元素性质的周期性(2) 金属半径1 原子半径(1) 共价半径 (3) van der Waals 半径 适用非金属元素测定单质分子中两个相邻原子的核间距适用金属元素 固体中测定两个最邻近原子的核间距 主族元主族元素素 元素的原子半径变化元素的原子半径变

14、化2 电离能E (g) = E+ (g) + e- I 1E+ (g) =E 2+ (g) + e- I 2（1）主族元素同周期 从左到右 I1增大 同族 从上到下 I1减小（2）过渡元素 I 1变化不大 总趋势：从左到右 I1 略有增加 电离能变化I 1 I 2 I 3 I 4同周期总趋势同周期总趋势: :自左至右增大自左至右增大,与原子半径减小的趋势一致与原子半径减小的趋势一致同族总趋势：同族总趋势： 自上至下减小自上至下减小,与原子半径增大的趋势一致与原子半径增大的趋势一致3 电子亲和能X(g) + e- = X- (g) mrHAX- (g) + e- = X 2- (g) 2AO-

15、(g) + e- = O2- (g) A2 = 844.2 kJ . mol-1定义:电子亲和能是气态原子获得一个电子过程中能量变化的一种量度与电离能相反,电子亲和能表达原子得电子难易的程度元素的电子亲和能负值越小,原子获取电子的能力越强,即非金属性越强.电子亲和能变化4 电负性(1) Mulliken电负性标度)(21AI (2) Pauling电负性标度(以热化学为基础)(3) Allred-Rochow 电负性标度744. 01059. 323*,rZ13312电负性变化+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTk

16、WoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPgSkV%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G

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26、p!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8KbNeQmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x+A2D5H8KbNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I

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