644-第1章 原子结构和元素周期律.ppt
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1、第1章 原子结构和元素周期律,1.1 人类对原子的认识,1.历史的回顾,Dalton原子学说 (1803年) Thomson“西瓜式”模型 (1904年) Rutherford核式模型 (1911年) Bohr电子分层排布模型 (1913年) 量子力学模型(1926年),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。,2. 微观粒子的波粒二象性,3. 不确定原理与微观粒子 运动的统计规律,1927年,Heisenberg不确定原理,x微观粒子位置的测量偏差 p微观粒子的动量偏差 微观粒子的运动不遵循经典力学的规律。,微观粒子的波动性与粒子行为的统计
2、性规律联系在一起,表现为:,微观粒子的波动性是大量微粒运动表现出来的性质,即是具有统计意义的概率波。,1.2 核外电子的运动状态 电子是质量极轻、体积极小、带负电荷的微粒,它在原子这样大小的空间(直径约为10-10m)内做高速运动。它的运动和普通宠观物体不同,它具有自己的特殊规律。,1.2.1 电子云的概念,概率密度 现已经证明电子在核外空间所处的位置及其运动速度不能同时准确地确定,也就是不能描绘出它的运动轨迹。在量子力学中采用统计的方法,即对一个电子多次的行为或许多电子的一次行为进行总的研究,可以统计出电子在核外空间某单位体积中出现机会的多少,这个机会在数学上称为概率密度。,电子云 例如氢原
3、子核外有一个电子,这个电子在核外好像是毫无规则地运动,但是对电子的运动状态统计而言,电子在核外空间的运动是有规律的,在一个球形区域里经常出现,如一团带负电荷的云雾,笼罩在原子核的周围,人们称之为电子云。,1.2.2 四个量子数,1.主量子数 (电子层) 主量子数表示电子离核的平均距离(电子层) ,n 越大,电子离核平均距离越远。 主量子数n的取值:1、2、3.(正整数),n 是决定电子能量的主要量子数。 n值又代表电子层数,不同的电子层用不同的符号表示:电子层能量高低顺序: KLMNOP,对于氢原子,电子能量唯一决定于n,不同的n值,对应于不同的电子层:, K L M N O,2. 角量子数
4、l ( 又称副量子数 ) 角量子数l 是用来描述不同亚层的量子数和原子轨道形状。,每个l 值代表一个亚层 第一电子层只有一个亚层, n =1 l = 0 第二电子层有两个亚层,n =2 l = 0 、1 以此类推。 亚层用光谱符号 s , p , d , f 等表示。,l 的取值受 n 的制约,可以取从 0 到 n-1 的正整数 n =1 l = 0 原子轨道形状 s n =2 l = 0 、1 原子轨道形状 s、p n =3 l = 0 、1、2 原子轨道形状 s、p、d n =4 l = 0 、1、2 原子轨道形状 s、p、d、f n = n l = 0 、1、2 n-1,角量子数 l 亚
5、层符号,原子轨道的角度分布图:,原子轨道的角度分布图:,3.磁量子数 m 是用来描述原子轨道在空间的伸展方向 磁量子数 (m) 的取值: l = 0 m = 0(1个空间伸展方向) l = l m = +l、0、-l(3个空间伸展方向) l =2 m = +2、 +l、0、-l 、-2(5个空间伸展方向) l = l m 0 , 1 ,2 , l (2 l +1个),4. 自旋量子数 ms,电子自旋现象的实验装置,自旋量子数: 描述电子自旋运动的量子数称为自旋量子数 取值为 +1/2 和 -1/2 ,符号用“”和“”表示。由于自旋量子数只有 2 个取值,因此每个原子轨道最多能容纳 2 个电子。
6、,主量子数、角量子数、磁量子数、自旋量子数的关系,p 轨道 (l = 1, m = +1, 0, -1) m 三种取值, 三种取向, 三条等价(简并) p 轨道.,d 轨道(l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2) m 五种取值, 空间五种取向, 五条等价d 轨道.,f 轨道 ( l = 3, m = +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 ) m 七种取值, 空间七种取向, 七条等价f 轨道.,小结:,n:决定电子云的大小,l:决定电子云的形状,m:决定电子云的伸展方向,一个原子轨道可由n,l,m 3个量子数确定。,一个电子的运动状态必须用n,l,m,ms 4个
7、量子数描述。,1.Pauling近似能级图,1.2.3 核外电子排布,E1s E2s E3s E4s ,Ens Enp End Enf “能级分裂”,E4s E3d E4p “能级交错”。,l 相同的能级的能量随 n 增大而升高。,n 相同的能级的能量随 l 增大而升高。,徐光宪的能级高低的近似原则: n + 0.7l 例如:第四能级组 4s 3d 4p n + 0.7l 4.0 4.4 4.7 第六能级组 6s 4f 5d 6p n + 0.7l 6.0 6.1 6.4 6.7,2.屏蔽效应,为屏蔽常数,可用 Slater 经验规则算得,Z= Z*,Z* 有效核电荷数,电子进入原子内部空间,
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