原子结构模型.ppt

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1、8.1原子结构的基本模型原子结构的基本模型 MAIN MODEL OF ATOMIC STRUCTUREMAIN MODEL OF ATOMIC STRUCTURE1 2上章下节8.1.1氢原子光谱和玻尔理论氢原子光谱和玻尔理论8.1.2氢原子的量子力学模型氢原子的量子力学模型返回章8.1原子结构的基本模型原子结构的基本模型 3特征特征:不连续不连续,线状的线状的;线状光谱线状光谱(不连续光谱不连续光谱)连续光谱连续光谱(continuous spectrum)n=3,4,5,6 有规律有规律(1885巴尔麦巴尔麦).8.1.1氢原子光谱和玻尔理论氢原子光谱和玻尔理论休息1.氢原子光谱氢原子光

2、谱(atomic spectrum of hydrogen):卢瑟福卢瑟福含核原子模型含核原子模型.4 通常原子所处的能量最低状态通常原子所处的能量最低状态.定态轨道定态轨道(orbit)假设假设;轨道能量轨道能量假设假设;轨道能量轨道能量quantization.原子轨道不同能量状态称为原子轨道不同能量状态称为能级能级(energy level).2.玻尔理论玻尔理论(1913)的要点的要点:基态基态(ground state):玻尔玻尔8.1.1氢原子光谱和玻尔理论氢原子光谱和玻尔理论能量的能量的吸收与释放吸收与释放假设假设.跃迁跃迁(jump).6休息 5氢原子轨道能级示意图氢原子轨道能

3、级示意图氢原子轨道能级示意图氢原子轨道能级示意图8.1.1氢原子光谱和玻尔理论氢原子光谱和玻尔理论 6 原子中原子中electron处于离核较远处于离核较远,能量较高轨道上运动的状态能量较高轨道上运动的状态.激发态激发态(excited state):普朗克常数普朗克常数8.1.1氢原子光谱和玻尔理论氢原子光谱和玻尔理论 absorption或或emission的频率的频率 与两个定态轨道与两个定态轨道间能量差间能量差 E的关系为的关系为:如当氢原子中电子从如当氢原子中电子从n=3轨道跃迁回轨道跃迁回n=2轨道时所轨道时所发射光的波长为发射光的波长为:=656.0nm.4休息 7玻尔理论的局限

4、性玻尔理论的局限性.8.1.1氢原子光谱和玻尔理论氢原子光谱和玻尔理论目录休息 81.微观粒子的运动特征微观粒子的运动特征:(1)波粒二象性波粒二象性(wave-particle dualism):电子衍射电子衍射实验实验.阴极射线管中两极间的小轮当电子流通过时会阴极射线管中两极间的小轮当电子流通过时会转动转动.(2)统计性统计性:测不准原理测不准原理(uncertainty principle,1927):8.1.2氢原子的量子力学模型氢原子的量子力学模型海森堡海森堡对具有波粒二象性的微粒而言对具有波粒二象性的微粒而言,不可能同时准确测定它们在某瞬间的不可能同时准确测定它们在某瞬间的位置和速

5、度位置和速度(或动量或动量).休息 9原子核外电子运动没有确定的轨道原子核外电子运动没有确定的轨道,而是具有按而是具有按概率分布的概率分布的统计规律统计规律.2.波函数与原子轨道角度分布图波函数与原子轨道角度分布图:(1)波函数波函数():薛定谔方程薛定谔方程(1926):8.1.2氢原子的量子力学模型氢原子的量子力学模型 概率波概率波.薛定谔薛定谔波波函函数数原子的总能量原子的总能量原子核对电子的吸引能原子核对电子的吸引能电子的质量电子的质量普朗克常数普朗克常数电子的空间坐标电子的空间坐标休息 10对氢原子来说对氢原子来说,是描述氢原子核外电子运动状是描述氢原子核外电子运动状态的数学表达式态

6、的数学表达式.8.1.2氢原子的量子力学模型氢原子的量子力学模型 态函数态函数.(2)波函数与原子轨道波函数与原子轨道:坐标系坐标系 (x,y,z)(r,)=R(r)()()=R(r)Y(,).薛定谔方程每一个合理的解薛定谔方程每一个合理的解 i代表了原子中电代表了原子中电子一种可能的运动状态子一种可能的运动状态,与该解对应的能量值就是该与该解对应的能量值就是该定态对应的能级定态对应的能级.径向波函数径向波函数角度波函数角度波函数休息 11波函数的空间图像波函数的空间图像原子核外电子运动的空间原子核外电子运动的空间范围范围,可看成可看成“原子轨道原子轨道”(Atomic Orbital)(或或

7、“原原子轨函子轨函”).(3)原子轨道角度分布图原子轨道角度分布图:Y(,),图图如如pz原子轨道原子轨道.由薛定谔方程由薛定谔方程:Y(pz)=Rcos 8.1.2氢原子的量子力学模型氢原子的量子力学模型将不同的将不同的 代入代入,求得相应的求得相应的Y(pz),所得曲线绕所得曲线绕z轴轴旋转旋转360.常常数数休息 p角度函数图角度函数图.dxy;dxz;dyz;dx2-y2;dz2函数图函数图.12 描述电子在核外出现的概率密度分布所得到的描述电子在核外出现的概率密度分布所得到的空间图像空间图像.原子核外某处单位体积内电子出现的概率原子核外某处单位体积内电子出现的概率,用用|2 来表示来

8、表示.(2)electron cloud:(4)注意注意:(1)probability density:只代表波函数角度部分只代表波函数角度部分(极大值方向与对称性极大值方向与对称性);有正、负值有正、负值,但不是正负电荷但不是正负电荷.3.概率密度与电子云概率密度与电子云:8.1.2氢原子的量子力学模型氢原子的量子力学模型休息 13应注意应注意,电子在核外出现的概率还与空间体积有关电子在核外出现的概率还与空间体积有关.概率概率=概率密度概率密度体积体积基态氢原子基态氢原子(52.9pm).通常也用通常也用界面图界面图来表示电子来表示电子云云,面内电子出现的概率在面内电子出现的概率在95%以上

9、以上.电子云与界面图电子云与界面图8.1.2氢原子的量子力学模型氢原子的量子力学模型休息 148.1.2氢原子的量子力学模型氢原子的量子力学模型(4)电子云径向分布图电子云径向分布图:4.量子数量子数:可用可用n、l以及以及m等量子数来表征和确定每一个等量子数来表征和确定每一个电子的运动状态电子的运动状态.休息 电子云角度分布图电子云角度分布图与与原子轨道角度分布图原子轨道角度分布图.(3)电子云角度分布图电子云角度分布图:|2的角度分布部分随角度变化作图所得到的的角度分布部分随角度变化作图所得到的图象图象.15决定了决定了电子在核外出现概率最大区域电子在核外出现概率最大区域(“电子层电子层”

10、)离核远近及其能量高低离核远近及其能量高低.n值值 1 2 3 4 5 6n值代号值代号K L M N O P(2)角量子数角量子数(azimuthal quantum number,l):n相同相同,电子云形状不同电子云形状不同,能量稍有差别能量稍有差别(“亚层亚层”).8.1.2氢原子的量子力学模型氢原子的量子力学模型(1)主量子数主量子数(principal quantum number,n):角量子数角量子数:描述电子云的不同形状描述电子云的不同形状.l取值取值:n值确定后值确定后,l=0,1,(n-1)正整数正整数.休息 16l值值 0 1 2 3 4 5l值符号值符号形状形状s球形

11、球形当当n相同时相同时,能量相对高低为能量相对高低为ns np nd nf.(3)磁量子数磁量子数(magnetic quantum number,m):l相同的电子具有确定的电子云形状相同的电子具有确定的电子云形状,但可有不同但可有不同的伸展方向的伸展方向.磁量子数磁量子数:描述电子云在空间的伸展方向描述电子云在空间的伸展方向.pdfgh哑铃形哑铃形花瓣形花瓣形8.1.2氢原子的量子力学模型氢原子的量子力学模型m取值取值:-l0+l共共(2l+1)个值个值.休息 17 s只有只有1个个AO;p亚层可有亚层可有3个个AO;d亚层有亚层有5个个AO;f 亚层有亚层有7个个AO.无外磁场时无外磁场

12、时,同一亚层的同一亚层的AO能量相等能量相等,这样的轨这样的轨道称为道称为等价轨道等价轨道或或简并轨道简并轨道.(4)自旋角动量量子数自旋角动量量子数(spin quantum number,ms):电子的自旋可有两个相反的方向电子的自旋可有两个相反的方向,所以所以自旋角动自旋角动量量子数量量子数 只有只有2个值个值,+1/2,-1/2.通常用通常用“”“”表示表示8.1.2氢原子的量子力学模型氢原子的量子力学模型 常把常把n、l以及以及m都确定的电子运动状态称为都确定的电子运动状态称为AO.自旋相反的两电子互相吸引自旋相反的两电子互相吸引.休息 18例例:补足下列缺少的量子数补足下列缺少的量子数:n=3,l=1,m=?,ms=-1/2.在同一原子中没有在同一原子中没有n、l、m及及ms完全相同的两完全相同的两个电子存在个电子存在.解解:m=+1,0,-1下节保里保里不相容原理不相容原理(Pauli exclusion principle):如如,n=2,l=1,m=-1,ms=+1/2:第第2电子层电子层p亚层中亚层中2py轨道上自旋方向以轨道上自旋方向以(+1/2)为特征的那个电子为特征的那个电子.休息8.1.2氢原子的量子力学模型氢原子的量子力学模型 每个电子运动的描述每个电子运动的描述:目录