1、第九章,原子結(jié)構(gòu)和元素周期律 Electronic Structure of Atoms and Periodic Properties of Elements 藥學(xué)院無機(jī)化學(xué)與物理化學(xué)教研室（2668429） 主講 李雪華,掌握內(nèi)容,微觀粒子的波粒二象性 氫原子的量子力學(xué)模型：原子軌道和波函數(shù)、四個(gè)量子數(shù)的概念及意義、波函數(shù)的有關(guān)圖形表示 多電子原子核外電子的排布規(guī)律。 元素的原子結(jié)構(gòu)（電子組態(tài)）、元素周期表及其元素某些性質(zhì)的周期性變化規(guī)律,熟悉內(nèi)容,物質(zhì)波的假設(shè) 屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)、多電子原子軌道能級(jí) 原子軌道（波函數(shù)）、概率密度、電子云的概念 用四個(gè)量子數(shù)表示核

2、外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),了解內(nèi)容,波爾的氫原子模型 原子核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的近代概念,復(fù)習(xí),Rutherford的原子有核模型（nuclear model）,2. 愛因斯坦：光量子假說,光由光子組成，光的能量是不連續(xù)的，光能量最小單位是光子(Photon) 光子能量 E0= h h：普朗克常數(shù)，：光的頻率 光能量 E = nh （n=1，2，3） 光能量是量子化的,The Photoelectric Effect,Light shining on a clean metal surface causes the surface to emit electrons. For each metal, th

3、ere is a minimum frequency of light below which no electrons are emitted.,For example, light with a frequency of 4.61014s-1 or greater will cause cesium metal to eject electrons, but light of lower frequency has no effect.,Radiant energy,Emitted electrons,Metal surface,photocell,愛因斯坦：光電效應(yīng),v一定，光強(qiáng)度I0，

4、光電流強(qiáng)度 射出ne與I0強(qiáng)度有關(guān) 不同金屬截止頻率不同 射出e動(dòng)能只與入射光的v或有關(guān) 經(jīng)典電磁波理論：光電子的發(fā)射只和I0有關(guān)而與光v無關(guān) 光波動(dòng)性與粒子性統(tǒng)一于一體,？截止v；波 1, 0 ,+1; Has a 2s subshell , m only has one value, namely has one orbital a 2p subshell, in this subshell we have three 2p orbitals(because there are three values of m, given by 1,0,+1),The Electron Spin Qu

5、antum Number ( ms ),1. The values of the ms correspond to the two possible spinning motions of the electron.,； ,n relates to r, the average distance of the electron from the nucleus in a particular orbital. (電子層shell) 原子軌道的大小 n ， r，原子軌道,軌道能量 電子層用下列符號(hào)表示：,2.軌道角動(dòng)量量子數(shù)l （orbital angular momentum quantum

6、number/ The Azimuthal Quantum Number ） 取值：小于 n 的正整數(shù)和零 l = 0、1、2、3 (n 1)，共可取n個(gè)值 Its values depend on the value of the principal quantum number, n. l決定原子軌道的形狀（n 種）。 l relates to the “shape” of the orbitals ( subshell ),在多電子原子中 l 還和 n共同決定電子能量高低。當(dāng) n 給定，l 愈大，原子軌道能量越高。l稱為能級(jí)或電子亞層（subshell 或sublevel）。 In ma

7、ny-electron atom, l and n determine the energy of an orbital together. 電子亞層用下列符號(hào)表示：,磁量子數(shù)m （magnetic quantum number） 可取 l 到 +l 的 2l+1個(gè)值，即 Its values depend on the value of the azimuthal quantum number, l. There are (2l+1) integral values of m. m = 0、1、2，l 它決定原子軌道的空間取向,每個(gè)亞層有2l+1個(gè)不同空間伸展方向,與能量無關(guān)。 It des

8、cribes the orientation of the orbital in space. 例如 l =1時(shí)，m = 0、1，p軌道有三種取向，或 l 亞層有3個(gè)p軌道。 相同能級(jí)的軌道能量相等，稱為簡并軌道或等價(jià)軌道（equivalent orbital）。,4.自旋角動(dòng)量量子數(shù)s （spin angular momentum quantum number） 取值+1/2和-1/2電子自旋方向和 The values of the s correspond to the two possible spinning motions (clockwise or counterclockwis

9、e) of the electron.,n、l 和 m 決定一個(gè)原子軌道 n、l、m、s決定一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 一個(gè)原子軌道最多容納兩個(gè)自旋相反的電子 每電子層最多容納的電子總數(shù)應(yīng)為2n2,結(jié)論,一個(gè)原子軌道上可容納2個(gè)電子， （1）用三個(gè)量子數(shù)（ n， l，m ）可表示一個(gè)原子的原子軌道。 （2）用四個(gè)量子數(shù)（n，l，m，ms）可表示一個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 電子的每一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需要一定的波函數(shù)來描述 例如 1s， 2p代表兩種波函數(shù)，就代表電子的兩種空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài),(4) ms has no relationship with n, l, or m,Conclusions:,(1) A set

10、of n, l, m can represent an atomic orbital.,(2) The set of n, l, m must obey some rules.,(3) A set of n, l, m, ms can represent the motion of an electron.,量子數(shù)組合和原子軌道數(shù),The meaning of a set of n, l, m,例題1,1、某一電子的核外運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，下列不合理的是（ ） (A)3, 2, 2, 1/2 (B)3, 1, -1, 1/2 (C)1, 0, 0, -1/2 (D)2, -1, 0, 1/2 (E)1,

11、 0, 0, 1/2,例題2,1、核外電子的運(yùn)動(dòng)僅具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，無法預(yù)測(cè)某個(gè)電子在某一時(shí)刻在空間的準(zhǔn)確位置和運(yùn)動(dòng)速度。（ ） 2、主量子數(shù)、角量子數(shù)是決定核外電子能量的因素，其中主量子數(shù)是主要因素，而且在單電子體系中，也是決定能量的唯一因素。（ ） 3、某一電子的核外運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，下列不合理的是（ ） (A) 3, 3, 2, 1/2 (B) 1, 1, -1, 1/2 (C) 1, 0, 0, 0 (D) 2, -1, 0, 1/2 (E) 5, 4, 0, 1/2,1、Which one of the electron motion listed below is unreasonable （

12、 ） (A) 3, 3, 2, 1/2 (B) 1, 1, -1, 1/2 (C) 1, 0, 0, 0 (D) 2, -1, 0, 1/2 (E) 5, 4, 0, 1/2,2、The electron motion is probability wave, we can measure accurate the velocity of its motion and accurate location of it in the space simultaneously （ ）,3、please predict the number of subshell in the fourth shel

13、l, that is, for n=4. Give the label for each of these subshells. How many orbitals are in each of these subshell.,n=4: l=0, 1, 2, 3,4s, 4p, 4d, 4f,4s: m=0,4p: m=0, m=1, m=1,4d: m=0, m=1, m=1, m=2, m=2,4f: m=0, m=1, m=1, m=2, m=2, m=3, m=3,Distribution of Yl, m(,) of H atom,“+”; “-” represent the wav

14、e properties of the electron.,+: peak -: trough,波函數(shù)和電子云角度分布圖說明,根據(jù)Y(，)函數(shù)作圖，也稱為原子軌道的角度分布圖。,正負(fù)號(hào):反映角度波函數(shù)數(shù)值的正負(fù)及電子的波動(dòng)性它類似經(jīng)典波中的波峰與波谷,化學(xué)鍵形成時(shí)， 同號(hào)相強(qiáng) 異號(hào)相減,+,Ys圖示,s軌道的角度波函數(shù)和概率密度Y2l,m圖形是常數(shù),與角度無關(guān),為球形 離原子核(原點(diǎn))距離相同的點(diǎn)函數(shù)值處處相等,形成等值面 幾率 = Y2l,m V（V：空間體積）,s軌道圖,角度波函數(shù),Y2l,m圖形,等值面,直角坐標(biāo)系球坐標(biāo)系,原子軌道的角度分布:,n,l,m(r,) = Rn,l(r)Yl

15、,m(,),n,l,m(x,y,z),Rn,l(r):徑向波函數(shù)（radial wave function）, 電子與核的距離r的函數(shù),與n和l有關(guān). Yl,m(,):角度波函數(shù)（angular wave function）, 和的函數(shù),與l和m有關(guān),表示電子在核外空間的取向. refers to the relationship between and (,).,2. 角度分布圖：,角度波函數(shù)的圖形，描繪Yl,m(,)值隨方位角改變而變化的情況。 氫原子的一些波函數(shù),Distribution of the Y2l,m（,）of H Atom,特征1: n,形狀不變,大小變電子層,特征2: p

16、,d軌道有“+、” 之分 特征3: 節(jié)面,a,b,比較Y(，)角度分布圖電子云角度部分,特征4:電子云的角度部分圖:瘦;波瓣無“+”,特征3: p軌道的角度分布圖:胖;波瓣有“+”,特征5:伸展方向數(shù)等價(jià)軌道數(shù) d軌道 5個(gè), p軌道 3個(gè), s軌道 1個(gè),d軌道角度分布圖電子云角度部分,思考題,H的s軌道波函數(shù)（ ） （A）與，無關(guān) （B）與有關(guān) （C）與r無關(guān) （D）與 ，有關(guān) （E）與r ， ，有關(guān),1. R2n,l(r) r圖 離核越近，1s電子出現(xiàn)的概率密度越大 在原子核,概率密度將達(dá)最大值,三 原子軌道的徑向分布,2.徑向分布函數(shù)（radial distribution funct

17、ion） 概率=概率密度體積。 概率密度: R2 n,l (r) 薄球殼體積: 4r2 dr 概率 = R2 n,l (r) 4r2 dr = D(r) dr 設(shè)徑向分布函數(shù)D(r) =R2 n,l (r) 4r2 以D(r) r作圖電子云的徑向分布函數(shù)圖表示電子出現(xiàn)的幾率大小與離核遠(yuǎn)近的關(guān)系,3.徑向分布函數(shù)圖,氫原子1s電子云的徑向分布函數(shù)圖,在基態(tài)氫原子中，在r = a0 （52.9pm ,a0稱為玻爾半徑）處的球面上，有一個(gè)峰,即電子出現(xiàn)概率的極大值?？烧J(rèn)為在此球面附近找到電子的概率最大。 但電子不僅僅出現(xiàn)在r = a0 的球面上。即其軌道是不確定的。 核附近概率密度雖大，但r極小，體

18、積4r2 dr幾乎為零，概率也小得為零。,不同狀態(tài)的電子云的徑向分布函數(shù)圖的峰的數(shù)目不同 峰數(shù)(n l ) 對(duì)每一種狀態(tài)的徑向分布函數(shù)圖，主峰是離核最遠(yuǎn)的峰最高的；越靠近原子核，峰越低。,n1，表明電子雖然主要在外層運(yùn)動(dòng)，有時(shí)也可在內(nèi)層找得到電子。n的電子層的概念模糊化了。,電子的鉆穿能力,電子從外層進(jìn)入內(nèi)層運(yùn)動(dòng)稱為鉆穿。 n相同，l，峰數(shù)，鉆穿能力 ，能量 鉆穿能力：nsnpndnf 能級(jí)交錯(cuò):,En sEnpEnd Enf,E5s E4d,E4sE3d,En sE(n+1) sE(n+2) s,對(duì)每一種狀態(tài)的徑向分布函數(shù)圖，主峰是離核最遠(yuǎn)的峰最高的；越靠近原子核，峰越低。 l同,n不同,

19、n,主峰離核最遠(yuǎn),E,The Significance of D(r),E1sE2sE3s,第三節(jié)電子組態(tài)和元素周期表,研究前提：,前述氫原子結(jié)構(gòu)的大部分結(jié)論，如波函數(shù)的有關(guān)圖象表示，基本上都適用于多電子原子結(jié)構(gòu),Yl,m(,),Y2l,m(,),Rn,l(r),R2n,l(r),能吸引電子i的核電荷是有效核電荷（effective nuclear charge） Z,:屏蔽常數(shù)（screening constant）表示抵消掉的部分核電荷; Z:核電荷數(shù); E:電子能量,忽略外層電子對(duì)內(nèi)層電子的屏蔽效應(yīng), =0,1. 屏蔽作用（screening effect） 原子中電子i受其它電子排斥，

20、抵消了部分核電荷的吸引，稱為對(duì)電子i的屏蔽。,一 多電子原子的能級(jí),Z= Z ,l相同，n不同時(shí)，n，電子層數(shù)，外層電子受到的屏蔽作用，軌道能級(jí) E1s E2s E3s E2p E3p E4p n相同，l不同時(shí)，l，電子鉆穿能力，在核附近出現(xiàn)的可能性，能量： Ens Enp End Enf,例題3 將H的1s電子激發(fā)到3s軌道要比激發(fā)到3p軌道所需的能量少( ),例題4 如何解釋He的E1s與Kr的E1s相比 E1s（ 2He ） E1s（ 36Kr ）,2 鉆穿效應(yīng),鉆穿能力：nsnpndnf,n相同，l，鉆穿能力，屏蔽效應(yīng)，電子能量,Ens Enp End Enf,3 多電子原子軌道能級(jí),

21、In H atom, orbitals with the same n are in the same energy level.,小結(jié) (1) l 相同時(shí)，n ，E E1sE2sE3sE4s； E2pE3pE4p,（2）n相同時(shí)，l ，E ；（屏蔽；鉆穿）,Ens Enp End Enf,（3）能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象,E3d E4s ；E4f E6s,(4)能級(jí)組,通常將(n + 0.7l)值中整數(shù)相同的軌道歸為一個(gè)能級(jí)組。,徐光憲的近似規(guī)律公式,an orbitals energy level depends on both n and l in a many-electron atom,原子軌道能

22、級(jí)組,low,high,1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s ,電子填充順序圖（近似能級(jí)圖）,二電子組態(tài) （electronic configuration） 多電子原子核外電子排布,原子核外電子的填充遵循以下三規(guī)律：,1. W.Pauli不相容原理,在同一個(gè)原子中不能有四個(gè)量子數(shù)完全相同的兩個(gè)電子存在；即一個(gè)原子軌道中最多只能容納2個(gè)自旋方向相反的電子。,如Ca原子的兩個(gè)4s電子，一個(gè)是（4,0,0,1/2），另一個(gè)則是（4,0,0,-1/2） 注:原子的1個(gè)4s電子如何描述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?,是（4,0,0,1/2）或（4,0,0,-1/2）,2 . 能量最低原理

23、:構(gòu)造原理（building-up principle或Aufbau principle）,原子核外電子的排布應(yīng)使整個(gè)原子處于能量最低的穩(wěn)定狀態(tài) 一般：電子排布按近似能級(jí)圖順序進(jìn)行填充,19K：1s22s22p63s23p64s1,25Mn 1s22s22p63s23p63d54s2,3. 洪特規(guī)則,在簡并軌道中，電子盡可能的分占不同的軌道且自旋平行。 推論：簡并軌道處于全空、半滿、全滿時(shí)，原子處于較穩(wěn)定狀態(tài)。,C: 1s22s22p2,(a),(b),(c),例： 24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1 29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1 不能寫做： 24C

24、r 1s22s22p63s23p63d44s2 29Cu：1s22s22p63s23p63d94s2,核外電子排布示例,23V: 1s22s22p63s23p63d34s2 或Ar 3d34s2 24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1或 Ar 3d54s1 28Ni：1s22s22p63s23p63d84s2或 Ar 3d84s2 29Cu：1s22s22p63s23p63d104s1或 Ar 3d104s1,例題,1、46 Pd的價(jià)電子組態(tài)為4d105s0，而不是3d84s2。 （ ） 2、26Fe原子的電子排布式為（ ） 1s22s22p63s23p63d64s2或Ar 3d

25、64s2 3、Fe2+原子的電子排布式為（ ） 1s22s22p63s23p63d54s1或Ar 3d54s1,例題,1.2表示幾率密度，也就是電子在該點(diǎn)周圍微單位體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率（） 2.電子在原子核外空間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是幾率波，即電子的運(yùn)動(dòng)僅具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律（） 3. 3，1，1 和5 ，1，1的角度分布圖是一樣的（） 4. V Ar 3d34s2原子的失去兩個(gè)電子排布式為 （ ） A.Ar 3d34s0 B. Ar 3d14s2 C. Ar 3d24s1 D. Ar 3d54s0,例題,. 5、下列說法中，正確的是（ ） (A) 主量子數(shù)為1時(shí)，有自旋相反的兩個(gè)軌道 (B) 主量子數(shù)為3時(shí)，有3

26、s、3p、3d共三個(gè)軌道 (C) 在任一原子中，2p能級(jí)總是比2s能級(jí)高，氫原子除外。 (D) 電子云是電子出現(xiàn)的概率隨r變化的圖象。 (E) 電子云圖形中的小黑點(diǎn)代表電子。 （G）一個(gè)原子軌道中只能容納2個(gè)自旋方向相反的電子,例題,6. 電子云的徑向分布函數(shù)圖表示（ ） (A) 核外電子出現(xiàn)的幾率密度與r的關(guān)系 (B) 核外電子出現(xiàn)的幾率與r的關(guān)系 (C) 核外電子的R與r的關(guān)系 (D) 核外電子的R2與r的關(guān)系 7. 電子排布為Ar3d64s0者，可以表示（ ） (A) Mn2+ (B) Fe3+ (C) Co3+ (D) Ni2+ (E) Cr3+ (G) Fe2+,9-4 電子層結(jié)構(gòu)與

27、元素周期系,元素周期表,目前元素周期表有7個(gè)周期。 短周期：一三 長周期：四六 不完全周期：七,1、周期,能級(jí)組的形成是元素劃分為周期的本質(zhì)原因,8O:1s22s22p4 15P:1s22s22p63s23p3 28Ni：1s22s22p63s23p63d84s2或 Ar 3d84s2,周期?,最外層n=周期數(shù),2.族,元素周期表中性質(zhì)相似的一個(gè)縱列,（1）主族:8族,A A（0）,特點(diǎn):內(nèi)層滿，最后es、p,（2）副族:8族, B B,特點(diǎn):最后ed 、f ，最外層僅有s軌道e,主族族數(shù)=最外層電子數(shù),8O:1s22s22p4 15P:1s22s22p63s23p3 28Ni：1s22s22

28、p63s23p63d84s2或 Ar 3d84s2,例題6,某元素+3價(jià)離子的電子價(jià)層電子組態(tài)為3d5，該元素在周期表中屬（ ） A. 第三周期B族 B. 第三周期B族 C. 第四周期A族 D. 第四周期 B族,3、特征電子組態(tài)元素分區(qū),(n-1)dxnsy,blocks,d block dns2,ds block d10sn,S block sn,A,B,B,A,f block fnd10sn,0,Point out the element of valence electrons 3d54s2 belongs to which period, which group and which b

29、lock. And please deduce the redox properties of its ions.,This element is Mn, it belongs to No.4 period, B subgroup, d block. Oxidizing agent： Mn+7(MnO4-),Mn+6(MnO42-), Mn+4(MnO2) Reducing agent：Mn+2(Mn2+),Example:,Answer:,1、原子半徑,原子在分子或晶體中表現(xiàn)的大小與原子成鍵類型、鍵級(jí)、鄰近原子大小及配位數(shù)目有關(guān) 類型： （1）金屬半徑rm （2）范德華半徑rv （3）共價(jià)半

30、徑rc,第五節(jié) 元素性質(zhì)的周期性變化規(guī)律,原子半徑（主族元素）,原子半徑變化規(guī)律（電子層數(shù)、有效核電荷數(shù)）,元素周期表,主族：rc 副族： rc，緩慢且不規(guī)律 鑭系元素： rc；稱鑭系收縮,從左到右,元素周期表,從上到下,主族：rc 副族： 受鑭系收縮影響，不規(guī)律,例題7,1、下列原子中，原子半徑大小順序正確的是（ ） A、N P Si Ar B、 Ar Si P N C、 Ar Si N P D、 P N Si Ar,元素的電負(fù)性(X),衡量原子成鍵時(shí)，原子吸引成鍵電子能力的相對(duì)大小,Pauli的電負(fù)性,設(shè)定：F的x=3.9,元素的電負(fù)性,x=2.0是金屬與非金屬的近似分界點(diǎn),X，元素的非金

31、屬，X元素的金屬性,從左到右主族：X ,從上到下主族X ,元素周期表,例題8,1. 下列元素中，電負(fù)性最大的是（ ） A. Cl B. K C. Na D. S 2. 根據(jù)你對(duì)元素周期表的了解，填充下列空格,2、原子電離能(I) ：衡量原子失去電子的難易,定義：使1mol基態(tài)的氣態(tài)原子都失去某一個(gè)電子所需能量(kJ.mol-1) I 越大越難失去電子,M(g) M+(g) + e- M+(g) M2+(g) + e-,(I1),(I2),I1 I2 I3 In,元素周期表,從左到右主族：rc； I1 ,從上到下 主族 rc I1 ,第一電離能 (I1),電離能的大小主要取決于有效電荷(Z*)

32、、原子半徑(r)和電子層結(jié)構(gòu),3、電子親合能（A）：衡量原子結(jié)合電子的難易,定義：在基態(tài)的氣態(tài)原子上加合電子所引起的能量變化(kJ.mol-1)。,注意：表示電子親合能時(shí)，釋放能量用“+”， 吸收用“-”（與熱力學(xué)的規(guī)定相反）,M2-(g),(A1),(A2),M (g) + e-,M-(g),M-(g) + e-,9. Periodic Variation in Physical Properties,(1) Electronegativity (X),Standard: F: X=4.0,The measure of the ability of an atom that is bonde

33、d to another to attract the electron to itself.,The electroneagtivity of the element can reflect its properties of metal or non-metal.,(1)In a period: from left to right: lectronegativity,(3) The elements of A have no electronegativity.,(2) In a subgroup:,from up to down,groupA：,electronegativity,ru

34、leless,group B:,F Cl Br I,2.能量量子化 水波:是一種橫波,A,A,y,x,帶電粒子的周期性振動(dòng)會(huì)向周圍空間發(fā)射電磁波,y,z,x,e,m,E0,E0,經(jīng)典電磁波理論： 電磁波強(qiáng)度w=E02/2 電磁波強(qiáng)度與波長無關(guān)！,E0：電場矢量振幅,Review Some Basic Knowledge of Bohrs Theory,A,A,y,x,Wavelength ,A Amplitude,1. The Wave Nature of Light,Electromagnetic Spectrum,The energy of an electromagnetic radia

35、tion has no relationship with ,Classical electromagnetic radiation theory :,E=A2/2,灼熱的物體會(huì)發(fā)光：物體的熱輻射 熱輻射的電磁波譜是連續(xù)的，波長不同的熱輻射的 強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度升高，熱輻射中最強(qiáng)的電磁波的 波長向短波方向移動(dòng)。,黑體熱輻射的強(qiáng)度分布圖,相對(duì)強(qiáng)度,波長,2000K,1750K,1500K,某一溫度下，存在max， 在max兩側(cè)，輻射的強(qiáng)度隨波長變化而衰減。這與經(jīng)典電磁理論相矛盾。,2. Quantized Energy and Photons,2000K,1750K,1500K,Black B

36、ody Radiation:,Electromagnetic radiation emitted by a hot object,the energy of radiation is directly proportional to its frequency,E,max,Max Planck (18581947),h= 6.6310-34Js;Planks constant， : frequency,E0=h,E=nh ( n=1,2,3,),能量最小單位為一個(gè)量子：0=h h= 6.6310-34Js;普朗克常數(shù)， : 黑體輻射的頻率 黑體輻射能量一定是0的整數(shù)倍： =nh ( n=1,2

37、,3,),普朗克：能量量子化假說,1. Bohrs theory of the H atom,(2). Only orbits of certain radii,corresponding to certain definite energies, are permitted. that is, they are quantized.,(1). The single electron move in circular orbits around the nucleus.,The Line Spectra of H Atom,Niels. Bohr (18851962),n=1,n=2,n=3,

38、E =E3-E2= h,ground state,excited state,The lowest energy state,the energy state higher than the ground state,The Photoelectric Effect,Albert Einstein (18791955),Energy of light : E=nh （n=1，2，3）,The radiant energy striking the metal surface is a stream of tiny energy packets. Each energy packet behav

39、es like a tiny particle of light and is called a photon,Energy of each photon: E0=h,1. Bohrs theory of the H atom,(2). Only orbits of certain radii,corresponding to certain definite energies, are permitted. that is, they are quantized.,(1). The single electron move in circular orbits around the nucl

40、eus.,The Line Spectra of H Atom,Niels. Bohr (18851962),9-2氫原子的量子力學(xué)模型,2、粒子性 微觀粒子具有質(zhì)量，體積，動(dòng)量等參數(shù) 其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是一種幾率波,一、微觀粒子的波粒二象性,1、波動(dòng)性 微觀粒子的運(yùn)動(dòng)具有如波長、頻率等參數(shù) 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：波的干涉，衍射,2.The dual nature of the electron,the electron has wavelength, frequency。,(1) Wave- Particle duality,Particle Properties：,the electron has energ

41、y, mass, momentum (mv),Wave Properties,(2) De Broglies equation,h: Planks constant, 6.6310-34 J.s m: the mass of the particle v: the velocity of the particle,G.P.Thomson experiment,1. Electrons possess wavelike properties. 2. The electrons diffraction pattern tell us the probability of electron appe

42、aring in a certain region at a given instant. 3.The electrons diffraction pattern is a statistic results.,Conclusions：,examples,宏觀粒子: m=1g，x=10-6m.,微觀粒子: m=9 1031kg, x=10-11m,3. Uncertainty Principle,x; p; v : the uncertaintity in measuring the position , momentum, and velocity,That is, It is imposs

43、ible to measure the x and v precisely at the same time。 v x,Werner Heisenberg (19011976),三、海森保測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系,因?yàn)閤p = 常數(shù)，x ，p 。 對(duì)微觀粒子，其位置與運(yùn)動(dòng)速度不可能同時(shí)被精確測(cè)量,x位置測(cè)不準(zhǔn)量；p動(dòng)量測(cè)不準(zhǔn)量； v速度測(cè)不準(zhǔn)量；h普朗克常數(shù),2、電子云,本身沒有確切的物理意義,2表示電子在空間出現(xiàn)的幾率密度，即電子在空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)的幾率,（1）幾率密度與幾率的關(guān)系,（2）幾率密度表示方法 A、電子云圖 B、幾率密度等值線圖 C、電子云界面圖,s orbital,（3）電子云：是幾率密度

44、的形象化表現(xiàn),C、幾率密度與該點(diǎn)周圍空間的體積的乘積，才是電子在該點(diǎn)周圍空間的體積出現(xiàn)的幾率。,注意：,A、圖中小黑點(diǎn)不是電子， B、用小黑點(diǎn)的疏密程度表示2的大小。,電子云和概率密度2,2n,l,m(r,)R2n,l(r)Y2l,m(,) R2n,l(r) ：電子云的徑向部分。 Y2l,m(,) ：電子云的角度部分。,n,l,m(r,)Rn,l(r)Yl,m(,),(2)Probability density 2,It is a visualized image of the probability density of finding an electron in the space ab

45、out nucleus.,refers to the probability of finding an electron in a certain region （x, y, z ).,s orbital,Electron Cloud,In the electron cloud:,2. Different electrons have different shape electron cloud.,s orbital,(1) A small spot does not represent an electron,(2) Small spots do not represent the pat

46、h of the motion of a electron,(3) Small spots do not represent the probability of finding a electron in the space about nucleus.,3、電子云的角度分布圖,根據(jù)Y2l,m(,)函數(shù)來作圖,表示出電子在空間不同角度所出現(xiàn)的幾率密度大小,Y2s圖示,Y2p圖示,Y圖與Y2圖的比較,En sE(n+1) sE(n+2) s,(1)The number of peaks equal,The Significance of D(r),(2)The orbitals of the

47、same l and different n,E1sE2sE3s,(3)It is an evidence for the probability of the electron motion.,The Significance of D(r),nsnpndnf,(4)Electron Penetrating Ability,the electrons ability of approaching the nucleus.,Electron Penetrating Ability:,En sEnpEnd Enf,(5)Energy Level Inversion,E5s E4d,E4sE3d,

48、The Significance of D(r),nsnpndnf,(4)Electron Penetrating Ability,the electrons ability of approaching the nucleus.,Electron Penetrating Ability:,En sEnpEnd Enf,(5)Energy Level Inversion,E5s E4d,E4sE3d,Radial Distribution Function D（r）,D(r)dr= R2n,l(r) V =R2n,l(r) 4r2dr,Represent the probability of

49、finding a electron in a small region from r to r+dr,6. The Electronic Structure of the Many-Electron Atom,(1) Shielding Effect (Screening Effect),midshell electron,Inner electron,outershell electron,Effective nuclear charge: Zeff= Z,: shielding constant,The inner electrons ZeffEnergy ,The Influences

50、 of Shielding Effect on the Energy level, the orbitals of the same l and different n,E2S E3S E4S E2p E3p E4p,ninner electron Shielding effect E, the orbitals of the same n and different l,E3S E3p E3d,linner electron Shielding effect E,The Influences of Shielding Effect on the Energy level, the orbit

51、als of the same l and different n,E2S E3S E4S E2p E3p E4p,ninner electron Shielding effect E, the orbitals of the same n and different l,E3S E3p E3d,linner electron Shielding effect E,Cr 3d54s1 Mo 4d55s1 W 5d46s2,full filled： p6; d10; f14；,Half filled： p3; d5; f 7,empty： p0; d0; f 0,exception,8.Peri

52、odic Relationships Among the Elements,The electron configuration of elements express periodic change,No.13 periods are short periods No.47 periods are long periods,period,Periodic table was divided into 7 periods,Periodic table,group,AA subgroup:,All of which have incompletely filled d or readily produce cations with incompletely filled d subshells.,A subgroup:,Noble gases, all have a completely filled p subshell,BB subgroup:,All of