无机化学大学原子结构和元素周期律.pptx

《无机化学大学原子结构和元素周期律.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机化学大学原子结构和元素周期律.pptx（74页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、会计学1无机化学大学原子结构和元素周期律无机化学大学原子结构和元素周期律图图图图1 1 道尔顿原子模型道尔顿原子模型道尔顿原子模型道尔顿原子模型第1页/共74页1.1 1.1 原子的含核模型原子的含核模型原子的含核模型原子的含核模型 1.1.“枣糕模型枣糕模型枣糕模型枣糕模型”：19031903年年年年W.W.汤姆生汤姆生汤姆生汤姆生(18241907)(18241907)提出，提出，提出，提出，原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，电子则镶在球里，原子

2、受到激发后，电子振动，产生光谱。则镶在球里，原子受到激发后，电子振动，产生光谱。则镶在球里，原子受到激发后，电子振动，产生光谱。则镶在球里，原子受到激发后，电子振动，产生光谱。图图2 汤姆生汤姆生原子模原子模型型第2页/共74页2.191119122.19111912年间英国物理学家年间英国物理学家年间英国物理学家年间英国物理学家C.C.威尔逊威尔逊威尔逊威尔逊(18691959)(18691959)在自己设计在自己设计在自己设计在自己设计的的的的“威尔逊云室威尔逊云室威尔逊云室威尔逊云室”中研究中研究中研究中研究 粒子在除去微尘的湿空气中的运粒子在除去微尘的湿空气中的运粒子在除去微尘的湿空气

3、中的运粒子在除去微尘的湿空气中的运动轨迹，发现：大多数动轨迹，发现：大多数动轨迹，发现：大多数动轨迹，发现：大多数 粒子沿直线运动，个别粒子在某点粒子沿直线运动，个别粒子在某点粒子沿直线运动，个别粒子在某点粒子沿直线运动，个别粒子在某点突然改变方向，沿与原射线成一定角度的方向前进；突然改变方向，沿与原射线成一定角度的方向前进；突然改变方向，沿与原射线成一定角度的方向前进；突然改变方向，沿与原射线成一定角度的方向前进；3.1911年卢瑟福、盖革及马斯登用闪烁记数法使年卢瑟福、盖革及马斯登用闪烁记数法使 粒子通过金箔进行了实验，得到了同样的现象，由此卢瑟福得出结论：原子由带正电的很重的核和周围绕核

4、运动的电子组成，原子核与电子层比较起来非常小，即所谓粒子通过金箔进行了实验，得到了同样的现象，由此卢瑟福得出结论：原子由带正电的很重的核和周围绕核运动的电子组成，原子核与电子层比较起来非常小，即所谓“太阳系模型太阳系模型”。图图3 卢瑟福原子模型卢瑟福原子模型第3页/共74页图图4 4 粒子的散射实验粒子的散射实验 1、绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进。2、少数粒子发生了较大角度的偏转。3、极少数粒子偏转角度超过900，有的甚至被弹回，偏角几乎达1800。第4页/共74页结果分析：结果分析：结果分析：结果分析：n n1 1 1 1、电子不可能使、电子不可能使、电子不可能使、电子不可能使

5、粒子产生大角度的散射。粒子产生大角度的散射。粒子产生大角度的散射。粒子产生大角度的散射。n n2 2 2 2、汤姆生模型也不可能产生大角度偏转。、汤姆生模型也不可能产生大角度偏转。、汤姆生模型也不可能产生大角度偏转。、汤姆生模型也不可能产生大角度偏转。n n3 3 3 3、1 1 1 1 m m m m厚的金箔包含有厚的金箔包含有厚的金箔包含有厚的金箔包含有10101010-6-6-6-6/10/10/10/10-10-10-10-10 =104104104104个原子层。个原子层。个原子层。个原子层。n n4 4 4 4、大角度（几乎、大角度（几乎、大角度（几乎、大角度（几乎18001800

6、18001800）偏转，说明）偏转，说明）偏转，说明）偏转，说明粒子受到了很大的粒子受到了很大的粒子受到了很大的粒子受到了很大的库仑力的作用。库仑力的作用。库仑力的作用。库仑力的作用。第5页/共74页1、电子的作用可以忽、电子的作用可以忽略。略。2、由于核很小，故绝、由于核很小，故绝大多数大多数 粒子接近它粒子接近它的机会很少。的机会很少。3、只有当、只有当 粒子与核接粒子与核接近时，才会产生大角近时，才会产生大角度的偏转。度的偏转。第6页/共74页第7页/共74页5.19135.1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福原子模型的基础上，年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福原子模型的基础上，年丹麦物理学家玻尔

7、在卢瑟福原子模型的基础上，年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福原子模型的基础上，引用了普朗克的量子论、爱因斯坦的引用了普朗克的量子论、爱因斯坦的引用了普朗克的量子论、爱因斯坦的引用了普朗克的量子论、爱因斯坦的“光子说光子说光子说光子说”方程，提方程，提方程，提方程，提出了出了出了出了玻尔原子结构理论玻尔原子结构理论玻尔原子结构理论玻尔原子结构理论。图图5 玻尔的原子模型玻尔的原子模型第8页/共74页 1.1.21.1.2玻尔的原子模型玻尔的原子模型玻尔的原子模型玻尔的原子模型 1.1.卢瑟福的原子含核模型的缺陷：卢瑟福的原子含核模型的缺陷：卢瑟福的原子含核模型的缺陷：卢瑟福的原子含核模型的缺陷：(1)(

8、1)电子静止；电子静止；电子静止；电子静止；(2)(2)辐射能量。辐射能量。辐射能量。辐射能量。2.2.连续光谱：如太阳光经棱镜后形成的彼此连续的光谱；连续光谱：如太阳光经棱镜后形成的彼此连续的光谱；连续光谱：如太阳光经棱镜后形成的彼此连续的光谱；连续光谱：如太阳光经棱镜后形成的彼此连续的光谱；彩虹彩虹彩虹彩虹1 1 3.3.线状光谱：原子受带电粒子的撞击（或加高温）直接发出特线状光谱：原子受带电粒子的撞击（或加高温）直接发出特线状光谱：原子受带电粒子的撞击（或加高温）直接发出特线状光谱：原子受带电粒子的撞击（或加高温）直接发出特定波长的明线光谱称为发射光谱，即由许多分立的谱线组成，定波长的明

9、线光谱称为发射光谱，即由许多分立的谱线组成，定波长的明线光谱称为发射光谱，即由许多分立的谱线组成，定波长的明线光谱称为发射光谱，即由许多分立的谱线组成，又称线状光谱。又称线状光谱。又称线状光谱。又称线状光谱。4.4.原子光谱：这些光谱线就构成了原子光谱。如原子光谱：这些光谱线就构成了原子光谱。如原子光谱：这些光谱线就构成了原子光谱。如原子光谱：这些光谱线就构成了原子光谱。如:Na,:Na,l l l l=589nm=589nm 5.5.氢原子光谱：特征谱线！氢原子光谱：特征谱线！氢原子光谱：特征谱线！氢原子光谱：特征谱线！氢谱氢谱氢谱氢谱 6.6.玻尔的三个基本假设：玻尔的三个基本假设：玻尔的

10、三个基本假设：玻尔的三个基本假设：(1)(1)定态轨道定态轨道定态轨道定态轨道理论：原子中的电子不能任意地绕核旋转，而只能理论：原子中的电子不能任意地绕核旋转，而只能理论：原子中的电子不能任意地绕核旋转，而只能理论：原子中的电子不能任意地绕核旋转，而只能在一些符合一定条件的轨道上运动，即在一些符合一定条件的轨道上运动，即在一些符合一定条件的轨道上运动，即在一些符合一定条件的轨道上运动，即 电子电子电子电子不放出能量，轨道为稳定轨道，此状态称基态；不放出能量，轨道为稳定轨道，此状态称基态；不放出能量，轨道为稳定轨道，此状态称基态；不放出能量，轨道为稳定轨道，此状态称基态；(2)(2)轨道轨道轨道

11、轨道能级能级能级能级的概念：电子运动的轨道不同能量就不同，离的概念：电子运动的轨道不同能量就不同，离的概念：电子运动的轨道不同能量就不同，离的概念：电子运动的轨道不同能量就不同，离 核核核核越远能量越高；电子尽可能处于离核较近越远能量越高；电子尽可能处于离核较近越远能量越高；电子尽可能处于离核较近越远能量越高；电子尽可能处于离核较近(低能量低能量低能量低能量)的轨道；的轨道；的轨道；的轨道；电子运动所处的能量状态称为能级，电子所处轨道的能量是电子运动所处的能量状态称为能级，电子所处轨道的能量是电子运动所处的能量状态称为能级，电子所处轨道的能量是电子运动所处的能量状态称为能级，电子所处轨道的能量

12、是量子化的量子化的量子化的量子化的(不连续的不连续的不连续的不连续的)；第9页/共74页第10页/共74页第11页/共74页Figure 6 The emission spectrum of atomic hydrogen.第12页/共74页 紫外区紫外区紫外区紫外区 可见光区可见光区可见光区可见光区 红外区红外区红外区红外区 HHe e e e HHd d d d HHg g g g H Hb b b b H H 图图图图7 7 7 7 氢原子光谱氢原子光谱氢原子光谱氢原子光谱第13页/共74页(3)(3)能量变化的能量变化的能量变化的能量变化的量子化量子化量子化量子化：电子从高能级：电子从

13、高能级：电子从高能级：电子从高能级(E(E2 2)的激发态回的激发态回的激发态回的激发态回到低能级到低能级到低能级到低能级(E(E1 1)时，以光子的形式释放能量，其频率取时，以光子的形式释放能量，其频率取时，以光子的形式释放能量，其频率取时，以光子的形式释放能量，其频率取决于两轨道间的能量差：决于两轨道间的能量差：决于两轨道间的能量差：决于两轨道间的能量差：E=EE=E2 2 E E1 1=h hn n n n氢原子：氢原子：氢原子：氢原子：与光谱实验结果一致；与光谱实验结果一致；与光谱实验结果一致；与光谱实验结果一致；1.2 1.2 原子的原子的原子的原子的量子力学量子力学量子力学量子力学

14、模型模型模型模型 1.2.1 1.2.1 微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性 波动性：光的干涉、衍射；波动性：光的干涉、衍射；波动性：光的干涉、衍射；波动性：光的干涉、衍射；光光光光 粒子性：光电效应；粒子性：光电效应；粒子性：光电效应；粒子性：光电效应；mm、v v、1.1.德布罗依波：德布罗依波：德布罗依波：德布罗依波：19241924年德布罗依大胆地推测年德布罗依大胆地推测年德布罗依大胆地推测年德布罗依大胆地推测波粒二象性并非波粒二象性并非波粒二象性并非波粒二象性并非光所独有，一切运动着的实物粒子光所独有，一切运动着的实物粒子光所独有，一切运

15、动着的实物粒子光所独有，一切运动着的实物粒子(电子、中子等电子、中子等电子、中子等电子、中子等)均具有均具有均具有均具有。第14页/共74页 波动性：电子衍射；波动性：电子衍射；波动性：电子衍射；波动性：电子衍射；(演示演示演示演示)实物粒子实物粒子实物粒子实物粒子 粒子性：粒子性：粒子性：粒子性：mm、v v、德布罗依公德布罗依公德布罗依公德布罗依公式式式式 2.2.测不准原理：测不准原理：测不准原理：测不准原理：图图8 薛定谔电子云模薛定谔电子云模型型第15页/共74页 1.2.2 1.2.2 原子核外电子的近代描述原子核外电子的近代描述原子核外电子的近代描述原子核外电子的近代描述1.1.

16、薛定锷方程：薛定锷方程：薛定锷方程：薛定锷方程：薛定谔方程描述的是一个质量为薛定谔方程描述的是一个质量为m的粒子的粒子在三维空间运动的时候，当它处于位能为在三维空间运动的时候，当它处于位能为V(x,y,z)的力场中时，每一个定态均可用满足这的力场中时，每一个定态均可用满足这个方程合理解的波函数个方程合理解的波函数y y来描述，与每一个来描述，与每一个y y 相应的常数相应的常数E 就是粒子处在该定态时的总能量。就是粒子处在该定态时的总能量。第16页/共74页Figure 9 pherical polar coordinates(r,)and Cartesian axes(x,y,z).第17页

17、/共74页 z p z p r r q q 0 y 0 y f f x p x p n n 解解解解薛薛薛薛定定定定谔谔谔谔方方方方程程程程时时时时，为为为为了了了了方方方方便便便便起起起起见见见见，将将将将直直直直角角角角坐坐坐坐标标标标x,y,zx,y,z变变变变换换换换 成成成成 球球球球 极极极极 坐坐坐坐 标标标标 r,r,q q q q,f f f f，这这这这 样样样样 y y y y(x,y,z)(x,y,z)就就就就 变变变变 成成成成 了了了了 y y y y(r,(r,q q q q,f f f f)=)=R(r)R(r)Q Q Q Q(q q q q)F FF F(f

18、f f f)，将将将将 与与与与 角角角角 度度度度 有有有有 关关关关 的的的的 函函函函 数数数数 合合合合 并并并并 为为为为 Y(Y(q q q q,f f f f)，则则则则y y y y(r,(r,q q q q,f f f f)=R(r)Y(R(r)Y(q q q q,f f f f)，R(r)R(r)只只只只与与与与电电电电子子子子离离离离核核核核远远远远近近近近有有有有关关关关，称称称称为为为为波波波波函函函函数数数数的的的的径径径径向向向向部部部部分分分分，可可可可画画画画出出出出径径径径向向向向分分分分布布布布图图图图，Y(Y(q q q q,f f f f)只只只只与与

19、与与两两两两个个个个角角角角度度度度有关，称为波函数的有关，称为波函数的有关，称为波函数的有关，称为波函数的角度角度角度角度部分，可画出部分，可画出部分，可画出部分，可画出角度分布图角度分布图角度分布图角度分布图。第18页/共74页 将将将将y y y y(r,(r,q q q q,f f f f)=R(r)=R(r)Q Q Q Q(q q q q)F FF F(f f f f)代入薛定谔方程，得到三个只代入薛定谔方程，得到三个只代入薛定谔方程，得到三个只代入薛定谔方程，得到三个只含一个自变量的常微分方程：含一个自变量的常微分方程：含一个自变量的常微分方程：含一个自变量的常微分方程：n n n

20、 n=1,2,7(N)=1,2,7(N)n n l l=0,1,2,(=0,1,2,(n n-1),-1),n n个值个值个值个值n n m m=0,1,=0,1,l l ,(2(2l l+1)+1)值值值值 薛定谔方程有非常多的解，为了使所求的解具有特定的物薛定谔方程有非常多的解，为了使所求的解具有特定的物薛定谔方程有非常多的解，为了使所求的解具有特定的物薛定谔方程有非常多的解，为了使所求的解具有特定的物理意义需要有边界条件的限制，为此引入三个参数理意义需要有边界条件的限制，为此引入三个参数理意义需要有边界条件的限制，为此引入三个参数理意义需要有边界条件的限制，为此引入三个参数n,l,mn,

21、l,m，量，量，量，量子力学中称为子力学中称为子力学中称为子力学中称为量子数量子数量子数量子数。用。用。用。用一组量子数一组量子数一组量子数一组量子数(n,l,mn,l,m)解薛定谔方程，解薛定谔方程，解薛定谔方程，解薛定谔方程，便可得到一个波函数的便可得到一个波函数的便可得到一个波函数的便可得到一个波函数的数学函数式数学函数式数学函数式数学函数式。因此，波函数可用一组。因此，波函数可用一组。因此，波函数可用一组。因此，波函数可用一组量子数量子数量子数量子数(n,l,m)n,l,m)来描述它。而每一组量子数所确定的波函数就来描述它。而每一组量子数所确定的波函数就来描述它。而每一组量子数所确定的

22、波函数就来描述它。而每一组量子数所确定的波函数就表示电子的一种运动状态。在量子力学中，把表示电子的一种运动状态。在量子力学中，把表示电子的一种运动状态。在量子力学中，把表示电子的一种运动状态。在量子力学中，把三个量子数都三个量子数都三个量子数都三个量子数都有确定值的波函数称为一条原子轨道有确定值的波函数称为一条原子轨道有确定值的波函数称为一条原子轨道有确定值的波函数称为一条原子轨道。如。如。如。如:n=1,l=0,m=0 n=1,l=0,m=0 所描所描所描所描述的波函数述的波函数述的波函数述的波函数y y y y100100称为称为称为称为1s1s原子轨道。原子轨道。原子轨道。原子轨道。第1

23、9页/共74页2.2.波函数和原子轨道波函数和原子轨道波函数和原子轨道波函数和原子轨道 波函数波函数波函数波函数(y y y y)：是描述电子运动状态的数学函数式，用：是描述电子运动状态的数学函数式，用：是描述电子运动状态的数学函数式，用：是描述电子运动状态的数学函数式，用 y y y y(r,(r,q q q q,f f f f)表示；表示；表示；表示；原子轨道：波函数的图象称为原子轨道。原子轨道：波函数的图象称为原子轨道。原子轨道：波函数的图象称为原子轨道。原子轨道：波函数的图象称为原子轨道。但必须注意：这里的原子轨道的含义不同于宏观物体的运但必须注意：这里的原子轨道的含义不同于宏观物体的

24、运但必须注意：这里的原子轨道的含义不同于宏观物体的运但必须注意：这里的原子轨道的含义不同于宏观物体的运动轨道（如铁轨），它是指电子云的分布情况或电子的一种空动轨道（如铁轨），它是指电子云的分布情况或电子的一种空动轨道（如铁轨），它是指电子云的分布情况或电子的一种空动轨道（如铁轨），它是指电子云的分布情况或电子的一种空间运动状态，换句话说，将一定空间取向的电子云，看作是一间运动状态，换句话说，将一定空间取向的电子云，看作是一间运动状态，换句话说，将一定空间取向的电子云，看作是一间运动状态，换句话说，将一定空间取向的电子云，看作是一个原子轨道。例如个原子轨道。例如个原子轨道。例如个原子轨道。例如s

25、 s电子云为球形，只有一条轨道电子云为球形，只有一条轨道电子云为球形，只有一条轨道电子云为球形，只有一条轨道(各方向取向各方向取向各方向取向各方向取向相同相同相同相同)；p p电子云为哑铃形，有三个取向电子云为哑铃形，有三个取向电子云为哑铃形，有三个取向电子云为哑铃形，有三个取向(p px x,p,py y,p,pz z)，因此有三，因此有三，因此有三，因此有三条轨道；而条轨道；而条轨道；而条轨道；而d d电子云有五条轨道；电子云有五条轨道；电子云有五条轨道；电子云有五条轨道；f f 电子云有七条轨道。电子云有七条轨道。电子云有七条轨道。电子云有七条轨道。角度角度角度角度分布：分布：分布：分布

26、：Y(Y(q q q q,f f f f)原子轨道原子轨道原子轨道原子轨道 径向径向径向径向分布：分布：分布：分布：R(r)R(r)第20页/共74页图图10 原子核外电子出现的几率原子核外电子出现的几率第21页/共74页图图11 原子核外电子出现几率的统计结果原子核外电子出现几率的统计结果第22页/共74页Figure 12 Three representations of the electron probability for a 1s orbital.第23页/共74页Figure 13 Electron probability for a 2s orbital.第24页/共74页3.

27、3.四个量子数四个量子数四个量子数四个量子数(n n、l l、mm、mms s)：物理意义、取值范围及相互关系：物理意义、取值范围及相互关系：物理意义、取值范围及相互关系：物理意义、取值范围及相互关系n n 解薛定谔方程必须先确定三个量子数，即解薛定谔方程必须先确定三个量子数，即解薛定谔方程必须先确定三个量子数，即解薛定谔方程必须先确定三个量子数，即n,l,mn,l,m ；除此之；除此之；除此之；除此之外，由于电子还要作自旋运动，因此需引入描述电子自旋特外，由于电子还要作自旋运动，因此需引入描述电子自旋特外，由于电子还要作自旋运动，因此需引入描述电子自旋特外，由于电子还要作自旋运动，因此需引入

28、描述电子自旋特征的第四个量子数征的第四个量子数征的第四个量子数征的第四个量子数mms s自旋量子数自旋量子数自旋量子数自旋量子数。n n 这些量子数对所描述的电子的能量、原子轨道或电子云这些量子数对所描述的电子的能量、原子轨道或电子云这些量子数对所描述的电子的能量、原子轨道或电子云这些量子数对所描述的电子的能量、原子轨道或电子云的形状和空间伸展方向以及多电子原子核外电子的排布是非的形状和空间伸展方向以及多电子原子核外电子的排布是非的形状和空间伸展方向以及多电子原子核外电子的排布是非的形状和空间伸展方向以及多电子原子核外电子的排布是非常重要的，或者说，四个量子数确定了，核外电子的运动状常重要的，

29、或者说，四个量子数确定了，核外电子的运动状常重要的，或者说，四个量子数确定了，核外电子的运动状常重要的，或者说，四个量子数确定了，核外电子的运动状态就确定了。态就确定了。态就确定了。态就确定了。n n(1)(1)主量子数主量子数主量子数主量子数(n n)(principle quantum number)(principle quantum number)n n 它是用来描述原子中电子出现概率最大区域离核远近的它是用来描述原子中电子出现概率最大区域离核远近的它是用来描述原子中电子出现概率最大区域离核远近的它是用来描述原子中电子出现概率最大区域离核远近的参数，或者说，它是确定电子层数的。参数，或

30、者说，它是确定电子层数的。参数，或者说，它是确定电子层数的。参数，或者说，它是确定电子层数的。n n 的取值为：的取值为：的取值为：的取值为：1 1，2 2，3 3，44n n等正整数，表示电子层数。等正整数，表示电子层数。等正整数，表示电子层数。等正整数，表示电子层数。光谱学上常用光谱学上常用光谱学上常用光谱学上常用K K，L L，MM，NN表示电子层数。表示电子层数。表示电子层数。表示电子层数。n n意义意义意义意义：n n 是决定电子层能量高低的主要因素，是决定电子层能量高低的主要因素，是决定电子层能量高低的主要因素，是决定电子层能量高低的主要因素，n n=1=1表表表表示示示示离离离离

31、核核核核最最最最近近近近，能能能能量量量量最最最最低低低低的的的的第第第第一一一一电电电电子子子子层层层层；n n=2=2表表表表示示示示离离离离核核核核次次次次近近近近的的的的能能能能量量量量次次次次低低低低的的的的第第第第二二二二电电电电子子子子层层层层，依依依依此此此此类类类类推推推推。能能能能量量量量越越越越低低低低，受受受受核束缚越大，能量越低。核束缚越大，能量越低。核束缚越大，能量越低。核束缚越大，能量越低。第25页/共74页第26页/共74页(2)(2)角量子数角量子数角量子数角量子数(l l)或副量子数或副量子数或副量子数或副量子数(azimuthal quantum numb

32、er)(azimuthal quantum number)电子绕核运动时，不仅具有一定的能量，而且也具有一定电子绕核运动时，不仅具有一定的能量，而且也具有一定电子绕核运动时，不仅具有一定的能量，而且也具有一定电子绕核运动时，不仅具有一定的能量，而且也具有一定的角动量的角动量的角动量的角动量P P，它的大小与原子轨道或电子云的形状有密切的关，它的大小与原子轨道或电子云的形状有密切的关，它的大小与原子轨道或电子云的形状有密切的关，它的大小与原子轨道或电子云的形状有密切的关系。系。系。系。l l 的取值为：的取值为：的取值为：的取值为：0 0，1 1，2 2，3(3(n n-1)-1)。如：当。如：

33、当。如：当。如：当 n n=2=2时，时，时，时，l l=0,1=0,1两个值。两个值。两个值。两个值。意意意意义义义义：它它它它表表表表示示示示原原原原子子子子轨轨轨轨道道道道（电电电电子子子子云云云云）的的的的形形形形状状状状，角角角角量量量量子子子子数数数数l l与与与与多多多多电电电电子子子子原原原原子子子子中中中中电电电电子子子子的的的的能能能能量量量量有有有有关关关关，即即即即多多多多电电电电子子子子原原原原子子子子中中中中，电电电电子子子子的的的的能能能能量量量量取取取取决决决决于于于于主量子数主量子数主量子数主量子数n n和角量子数和角量子数和角量子数和角量子数l l。角量子数

34、角量子数角量子数角量子数l l 表示同一电子层中具有不同状态的亚层。表示同一电子层中具有不同状态的亚层。表示同一电子层中具有不同状态的亚层。表示同一电子层中具有不同状态的亚层。l l 的每的每的每的每一个数值表示一个亚层，按光谱学上的习惯，常用下列符号来一个数值表示一个亚层，按光谱学上的习惯，常用下列符号来一个数值表示一个亚层，按光谱学上的习惯，常用下列符号来一个数值表示一个亚层，按光谱学上的习惯，常用下列符号来表示：表示：表示：表示：l01234光谱符号光谱符号s亚层亚层p亚层亚层d亚层亚层f亚层亚层g亚层亚层电子云形状电子云形状球形球形哑铃形哑铃形花瓣形花瓣形复杂形复杂形图图 形形第27页

35、/共74页 l=0 l=2 l=1图图14 角量子数的不同取值角量子数的不同取值第28页/共74页n n(3)(3)磁量子数磁量子数磁量子数磁量子数(mm)(magnetic quantum number)(magnetic quantum number)n n 线线线线状状状状光光光光谱谱谱谱在在在在外外外外加加加加强强强强磁磁磁磁场场场场的的的的作作作作用用用用下下下下能能能能发发发发生生生生分分分分裂裂裂裂的的的的实实实实验验验验表表表表明明明明，电电电电子子子子绕绕绕绕核核核核运运运运动动动动的的的的角角角角动动动动量量量量P P，其其其其分分分分量量量量也也也也是是是是量量量量子子子

36、子化化化化的的的的，分分分分量量量量大大大大小小小小与与与与磁量子数磁量子数磁量子数磁量子数mm有关。有关。有关。有关。n nmm的取值为：的取值为：的取值为：的取值为：0 0，1 1，2 2，3 3 l l(共有共有共有共有2 2l l+1+1个值个值个值个值)。n n意意意意义义义义：mm决决决决定定定定角角角角动动动动量量量量在在在在空空空空间间间间给给给给定定定定方方方方向向向向上上上上的的的的分分分分量量量量大大大大小小小小，即即即即决决决决定定定定原原原原子子子子轨轨轨轨道道道道或或或或电电电电子子子子云云云云在在在在空空空空间间间间的的的的伸伸伸伸展展展展方方方方向向向向。如如如

37、如下下下下表表表表所所所所示示示示，l l不不不不同同同同时时时时，电子云的空间伸展方向也不同。电子云的空间伸展方向也不同。电子云的空间伸展方向也不同。电子云的空间伸展方向也不同。l m 空间运动状态数空间运动状态数(伸展方向伸展方向)(轨道轨道)0 0s轨道轨道 一种一种 s1+1 0 1 p轨道轨道 三种三种 px,py,pz2+2 +1 0 1 -2d轨道轨道 五种五种 dxy,dyz,dxz,dz2 ,dx2-y23+3 +2 +1 0 1 2 -3 f轨道轨道 七种七种 第29页/共74页m =0,1图图15 l=1时磁量子数的不同取值时磁量子数的不同取值第30页/共74页m =0,

38、1,2图图16 l=2时磁量子数的不同取值时磁量子数的不同取值第31页/共74页第32页/共74页第33页/共74页 由于空间伸展方向的不同，使亚层中出现不同的轨道，如由于空间伸展方向的不同，使亚层中出现不同的轨道，如由于空间伸展方向的不同，使亚层中出现不同的轨道，如由于空间伸展方向的不同，使亚层中出现不同的轨道，如p p亚层有三条轨道，这三条轨道能量完全相同，只是空间伸展方向亚层有三条轨道，这三条轨道能量完全相同，只是空间伸展方向亚层有三条轨道，这三条轨道能量完全相同，只是空间伸展方向亚层有三条轨道，这三条轨道能量完全相同，只是空间伸展方向不同，这样的轨道称为不同，这样的轨道称为不同，这样的

39、轨道称为不同，这样的轨道称为等价轨道等价轨道等价轨道等价轨道(equivalent orbital)(equivalent orbital)或或或或简并轨道简并轨道简并轨道简并轨道(degenerate orbital)(degenerate orbital)，l l 相同的五条相同的五条相同的五条相同的五条d d轨道或七条轨道或七条轨道或七条轨道或七条f f轨道都是等价轨轨道都是等价轨轨道都是等价轨轨道都是等价轨道。道。道。道。(4)(4)自旋量子数自旋量子数自旋量子数自旋量子数(mms s)(spin quantum number)(spin quantum number)n n 1921

40、1921年年年年斯斯斯斯脱脱脱脱恩恩恩恩(Otto(Otto Stern)Stern)和和和和日日日日勒勒勒勒契契契契(Walter(Walter Gerlach)Gerlach)将将将将原原原原子子子子束束束束通通通通过过过过一一一一不不不不均均均均匀匀匀匀磁磁磁磁场场场场，原原原原子子子子束束束束一一一一分分分分为为为为二二二二，偏偏偏偏向向向向两两两两边边边边，证证证证实实实实了了了了原原原原子子子子中中中中未未未未成成成成对对对对电电电电子子子子的的的的自自自自旋旋旋旋方方方方向向向向不不不不同同同同。19251925年年年年乌乌乌乌仑仑仑仑贝贝贝贝克克克克(Uhlenbeck)(Uh

41、lenbeck)和和和和哥哥哥哥德德德德希希希希密密密密特特特特(Goudsmit)(Goudsmit)提提提提出出出出了了了了电电电电子子子子自自自自旋旋旋旋的的的的假假假假设设设设，他他他他们们们们认认认认为为为为电电电电子子子子除除除除绕绕绕绕核核核核作作作作高高高高速速速速运运运运动动动动之之之之外外外外，还还还还有有有有自自自自身身身身旋旋旋旋转转转转运运运运动动动动，称为自旋称为自旋称为自旋称为自旋(类似地球围绕太阳运动外，本身自转类似地球围绕太阳运动外，本身自转类似地球围绕太阳运动外，本身自转类似地球围绕太阳运动外，本身自转)见见见见P P1616图图图图1-2-111-2-11

42、。n n 为为为为了了了了描描描描述述述述电电电电子子子子的的的的运运运运动动动动状状状状态态态态，必必必必须须须须考考考考虑虑虑虑电电电电子子子子的的的的自自自自旋旋旋旋运运运运动动动动，为此引入第四个量子数为此引入第四个量子数为此引入第四个量子数为此引入第四个量子数自旋量子数自旋量子数自旋量子数自旋量子数mms s。第34页/共74页Figure 18 Electron spin visualized.第35页/共74页第36页/共74页 根据量子力学计算，根据量子力学计算，根据量子力学计算，根据量子力学计算，mms s值只能取值只能取值只能取值只能取 和和和和 ，即顺时针旋转和逆，即顺时

43、针旋转和逆，即顺时针旋转和逆，即顺时针旋转和逆时针旋转两种，可分别用箭头时针旋转两种，可分别用箭头时针旋转两种，可分别用箭头时针旋转两种，可分别用箭头“”和和和和“”表示。表示。表示。表示。综综综综上上上上所所所所述述述述，有有有有了了了了四四四四个个个个量量量量子子子子数数数数，就就就就可可可可以以以以确确确确定定定定电电电电子子子子在在在在原原原原子子子子核核核核外外外外的的的的运运运运动动动动状状状状态态态态，根根根根据据据据四四四四个个个个量量量量子子子子数数数数数数数数值值值值间间间间的的的的关关关关系系系系，则则则则可可可可以以以以计计计计算算算算出出出出各电子层中可能有的运动状态

44、数。各电子层中可能有的运动状态数。各电子层中可能有的运动状态数。各电子层中可能有的运动状态数。小小小小结结结结：三三三三个个个个量量量量子子子子数数数数n,l,mn,l,m可可可可以以以以确确确确定定定定一一一一个个个个空空空空间间间间运运运运动动动动状状状状态态态态，即即即即一一一一条条条条原原原原子子子子轨轨轨轨道道道道；而而而而四四四四个个个个量量量量子子子子数数数数则则则则可可可可以以以以全全全全面面面面确确确确定定定定电电电电子子子子的的的的运运运运动动动动状状状状态态态态。每每每每种种种种类类类类型型型型的的的的原原原原子子子子轨轨轨轨道道道道数数数数目目目目等等等等于于于于磁磁磁

45、磁量量量量子子子子数数数数即即即即(2(2l l+1)+1)个个个个。在在在在每每每每一一一一条条条条原原原原子子子子轨轨轨轨道道道道上上上上，电电电电子子子子可可可可以以以以取取取取两两两两种种种种相相相相反反反反的的的的运运运运动动动动“”，而而而而各各各各电电电电子子子子层层层层中中中中可可可可能能能能有有有有的的的的状状状状态态态态数数数数，K K层层层层为为为为2 2个个个个，L L层层层层为为为为8 8个个个个，MM层层层层为为为为1818个个个个，NN层层层层为为为为3232个个个个，可可可可以以以以归归归归纳纳纳纳起起起起来来来来得得得得出出出出：各各各各电电电电子子子子层层层

46、层可可可可能能能能有有有有的的的的状状状状态态态态数数数数等等等等于于于于主主主主量量量量子子子子数数数数平平平平方方方方的的的的2 2倍倍倍倍,即即即即状状状状态态态态数数数数=2n=2n2 2，每每每每层层层层轨轨轨轨道道道道数数数数为为为为n n2 2个个个个。见见见见表表表表1.11.1。以以以以上上上上这这这这些些些些结结结结论论论论对对对对于于于于我我我我们们们们用用用用原原原原子子子子结结结结构构构构知知知知识识识识来来来来讨讨讨讨论论论论原原原原子子子子的的的的电电电电子子子子层结构类型和周期表是非常有用的。层结构类型和周期表是非常有用的。层结构类型和周期表是非常有用的。层结构

47、类型和周期表是非常有用的。第37页/共74页表表表表1.1 1.1 电子层，电子亚层，原子轨道，运动状态与量子数之间的关系电子层，电子亚层，原子轨道，运动状态与量子数之间的关系电子层，电子亚层，原子轨道，运动状态与量子数之间的关系电子层，电子亚层，原子轨道，运动状态与量子数之间的关系电子电子层层主主量子数量子数n 符号符号1K2L3Mn电电子子能能亚亚级级层层副量子数副量子数l亚层数亚层数符号符号0 11s 0,1 22s 2p 0,1,2 33s 3p 3d0,1,2(n-1)nns np nd nf原原子子波波轨轨函函道道数数磁磁量子数量子数m层轨道数层轨道数符号符号011s0 0,142

48、s 2px2py2pz0 0,1 0,1,2 93s3px3py3pz3dxy3dyz3dxz3dz23dx2-y2 0 0,1 0,1,2 ln2nsnpxnpynpz ndxyndyzndxzndz2ndx2-y2 nf 运运 动动 状状态态自旋量子数自旋量子数ms 层状态数层状态数符号符号 21s2 82s2 2p6 183s2 3p6 sd10 2n2ns2 np6 nd10nf14 第38页/共74页4.4.基本概念：基本概念：基本概念：基本概念：概率概率概率概率(几率几率几率几率)：电子在原子核外各处出现的次数的多少；：电子在原子核外各处出现的次数的多少；：电子在原子核外各处出现的

49、次数的多少；：电子在原子核外各处出现的次数的多少；概率概率概率概率(几率几率几率几率)密度密度密度密度：电子在核外某处：电子在核外某处：电子在核外某处：电子在核外某处单位体积单位体积单位体积单位体积内出现的概率，称内出现的概率，称内出现的概率，称内出现的概率，称 为该处的概率密度，其大小为为该处的概率密度，其大小为为该处的概率密度，其大小为为该处的概率密度，其大小为|y y y y|2 2。电子云电子云电子云电子云：电子在核外出现的概率密度大小用点的疏密来表示，所：电子在核外出现的概率密度大小用点的疏密来表示，所：电子在核外出现的概率密度大小用点的疏密来表示，所：电子在核外出现的概率密度大小用

50、点的疏密来表示，所 得的图形，即电子在核外空间各处出现概率大小的形得的图形，即电子在核外空间各处出现概率大小的形得的图形，即电子在核外空间各处出现概率大小的形得的图形，即电子在核外空间各处出现概率大小的形 象化描绘。象化描绘。象化描绘。象化描绘。等密度面等密度面等密度面等密度面：各点概率：各点概率：各点概率：各点概率(几率几率几率几率)密度均相等的面。密度均相等的面。密度均相等的面。密度均相等的面。界面图界面图界面图界面图：将电子云密度相同的各点连成曲面，使界面内电子出现：将电子云密度相同的各点连成曲面，使界面内电子出现：将电子云密度相同的各点连成曲面，使界面内电子出现：将电子云密度相同的各点