1、無(wú)機(jī)及分析化學(xué)、重慶大學(xué)化學(xué)工業(yè)學(xué)院、季金茍、第1章、原子結(jié)構(gòu)與元素周期表、1.1核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、1.1氫原子光譜與Bohr理論、自然界的連續(xù)光譜、實(shí)驗(yàn)室的連續(xù)光譜、氫原子光譜、不連續(xù)、線狀原子被高溫火焰或電弧等激發(fā)時(shí)各元素的原子具有其特征波長(zhǎng)的光譜線，它們是現(xiàn)代光譜分析的基礎(chǔ)。 氫原子的發(fā)射光譜是所有原子的發(fā)射光譜中最簡(jiǎn)單的，發(fā)出可見(jiàn)光、紫外光和紅外光。 氫原子光譜由五組線型組成，所有線的頻率都滿足簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：例如對(duì)于Balmer線型的處理，n=3紅(H) n=4藍(lán)(H) n=4，這個(gè)問(wèn)題在表面上不太復(fù)雜長(zhǎng)期以來(lái)很多科學(xué)家經(jīng)歷了與神為難、生動(dòng)曲折的探索過(guò)程.1913年，28歲的Bo

2、hr在前人的基礎(chǔ)上，創(chuàng)立了Bohr理論. 玻爾理論，Bohr理論的主要內(nèi)容是玻爾在1913年提出的氫原子量子力學(xué)模型，關(guān)于固定軌道的概念，玻爾模型認(rèn)為電子只能在幾個(gè)圓形的固定軌道上進(jìn)行核運(yùn)動(dòng)。 激發(fā)狀態(tài)：指的是基態(tài)之外的孤子狀態(tài)，其中，每個(gè)激發(fā)狀態(tài)的能量隨著n值的增大而增高。 電子只有在從外部吸收了足夠的能量的情況下才能達(dá)到激發(fā)狀態(tài)。 能級(jí)：軌道不同的能級(jí)統(tǒng)稱(chēng)為能級(jí)。 電子只能在具有規(guī)定半徑和能量的恒定軌道上運(yùn)動(dòng)，不放射能量。 基態(tài)： n的值為1的穩(wěn)態(tài)。 通常，電子保持在能量最低的基態(tài)。 基態(tài)是能量最低，即最穩(wěn)定的狀態(tài)。 軌道能量量化的概念，即，電子的軌道角動(dòng)量l僅為h/(2)的整數(shù)倍(量化條

3、件) :從最接近核的軌道開(kāi)始，n值分別等于1、2、3、4、5、6和7。 根據(jù)假設(shè)條件修正n=1時(shí)的允許軌道的半徑為53 pm，這就是萩名的玻爾半徑。 關(guān)于能量的吸收和釋放，E:軌道的能量：光的頻率h: Planck常數(shù)，修正了氫原子的電離能，保羅理論的成功之處，說(shuō)明了h和He、Li2、B3的原子光譜，說(shuō)明了原子的穩(wěn)定性，其他發(fā)光現(xiàn)象(如光的形成) 無(wú)法解釋氫原子光譜的微結(jié)構(gòu)，無(wú)法解釋多電子原子的光譜，Question，氫原子的第一電離能需要修正多少，(氫原子的第一電離能)，1.1.2核外電子的波粒二象性， 描寫(xiě)微觀物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的需求是物理學(xué)新概念誕生的物質(zhì)和人們對(duì)能量的認(rèn)識(shí)只能看到硬幣的一面，

4、1900年，普朗克(Plank M )是表現(xiàn)光能(e )和頻率()關(guān)系的方程式， 即萩名的普朗克方程式： E=h式中的h稱(chēng)為普朗克常數(shù)(Planck constant )，其值為6.62610的3等)各吸收或釋放一部分光能，不能為0.5、1.6、2.3等的非整數(shù)倍。 愛(ài)因斯坦(The photoelectric effect )根據(jù)普朗克方程來(lái)量化入射光本身的能量，并且其值是一條光線是一個(gè)光子的流動(dòng)愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的成功解釋最終把以波的微粒性概念為基礎(chǔ)的學(xué)科稱(chēng)為量子力學(xué)(quantum mechanics )。、1905年，愛(ài)因斯坦a成功地解釋了光電效應(yīng)，各金屬具有特征性的最小頻率(稱(chēng)為臨界

5、頻率)，低于該頻率的光線無(wú)論其強(qiáng)度和照射時(shí)間多長(zhǎng)都會(huì)導(dǎo)致光電效應(yīng)波浪的微粒性引起人們對(duì)波浪的深刻認(rèn)識(shí)，產(chǎn)生了討論波浪微粒性概念的基礎(chǔ)學(xué)科量子力學(xué)(quantum mechanics )。 在達(dá)布洛伊關(guān)系式-微粒波動(dòng)性、微粒波動(dòng)性的直接證據(jù)電子衍射和衍射、光的波粒二象性啟發(fā)下，達(dá)布洛伊提出了虛擬。 他說(shuō)，1924年達(dá)布羅伊關(guān)系式誕生了偉大的思想，1924年，路易斯德布羅格爾。 現(xiàn)在，對(duì)于電子是否還有一種傾向，也就是過(guò)于強(qiáng)調(diào)粒性而忽略其波性”，而是包括運(yùn)動(dòng)中的壘球和子彈等宏觀物體，可以用達(dá)布洛伊式來(lái)修正它們的波長(zhǎng)， 1.1.3海森堡的不確定原理(uncertainty principle )，微觀

6、粒子與宏觀物體不同，它們的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有軌跡，即在確定的時(shí)間沒(méi)有確定的位置。 海森堡的測(cè)量不準(zhǔn)確原理(Heisenberg uncertainty principle )是，如果設(shè)定實(shí)驗(yàn)不能正確測(cè)量粒子的位置，就不能正確測(cè)量其運(yùn)動(dòng)量。 相反.x p h如果正確知道粒子在那里，就不能正確知道粒子來(lái)自那里。 如果正確地知道粒子是如何運(yùn)動(dòng)的，就不能正確地知道它現(xiàn)在在那里。 也就是說(shuō)，電子的正確位置和正確的運(yùn)動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)量Rutherford和Bohr模型的行星不能?chē)@太陽(yáng)這樣的電子軌道，具有波粒二象性的電子，已經(jīng)不遵守古典力學(xué)規(guī)則，那些運(yùn)動(dòng)沒(méi)有確定的軌道，一定的空間概率分布波動(dòng)力學(xué)的軌道概念與電子在核外

7、空間出現(xiàn)機(jī)會(huì)最多的區(qū)域有關(guān).但是，不正確的關(guān)系并不是限制人們的認(rèn)識(shí)限度，而是限制古典力學(xué)的適用范圍，說(shuō)明微觀系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)起著更深層次的規(guī)則作用，這就是量子力學(xué)反應(yīng)的規(guī)則量子力學(xué)(波動(dòng)力學(xué)) 模型是迄今為止最成功的原子結(jié)構(gòu)模型，1920年以海森堡(Heisenberg W )和薛定鍔(Schrodinger E )為代表的科學(xué)家們通過(guò)數(shù)學(xué)處理原子中電子的波動(dòng)性構(gòu)筑了更合理的核外電子的配置方式，以heii Schrodinger E，一些基本概念：電子云，電子自旋，核外電子的可能運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，電子云的形狀-在一定能量層，具有一定形狀的電子云稱(chēng)為能量級(jí)(energy level )的電子云在核外空間擴(kuò)展的

8、程度-核外電子的能量尺寸層次處于不同狀態(tài)的電子的電子云圖像具有不同的特征，主要包含電子云圖像、電子云的空間中的取向軌道(orbital )電子的核外空間中的概率密度大的區(qū)域。2、電子自旋核除了繞原子核高速運(yùn)動(dòng)外，還繞自己的軸自旋。 自旋只有順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)相反方向。 3、核外電子可能的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有一定的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和一定的自旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的電子稱(chēng)為具有一定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子。 (1)主量子數(shù)n (principal quantum number )、描述電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的4個(gè)量子數(shù)是像與電子能量有關(guān)的玻爾的固定軌道那樣波動(dòng)力學(xué)的軌道也由量子數(shù)規(guī)定的。 原子軌道不像玻爾軌道那樣是用1量子數(shù)而是用3量子數(shù)

9、記述的。描繪原子軌道的形狀，關(guān)于多電子原子，l也是與e相關(guān)的l的值0、1、2、3n-1 (亞(2)角量子數(shù)l (angular momentum quantum umber )，d軌道是花瓣形、梅花形(3)磁量子數(shù)m (magnetic quantum number )、p軌道(l=1，m=1，0，-1) m種取值，3種取向即5條等效(簡(jiǎn)并) d軌道，f軌道(l=3，m=3，2，1，0，-1，-2，-3 ) : m種取值，空間取7種取向，7 (4)自旋量子數(shù)ms (spin quantum number )表示電子繞自軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)的電子相對(duì)于具有微磁鐵那樣的行為的ms取1/2和-1/2的值，產(chǎn)

10、生與想象中的電子自旋2種可能的自旋方向：正方向(1/2)相反方向(-1/2 )的磁場(chǎng)相反自旋的一對(duì)電子，磁場(chǎng)相互抵消根據(jù)上述討論，知道n、l的一組量子數(shù)對(duì)應(yīng)(自然也有一個(gè)能量Ei )，寫(xiě)出n l m ms、Question、軌道量子數(shù)n=4、l=2、m=0的原子軌道名。 m的3個(gè)量子數(shù)m=0應(yīng)該在軌道名稱(chēng)中沒(méi)有反映，但是根據(jù)我們至今為止學(xué)到的知識(shí)，4d軌道是不同延伸方向的5條4d軌道之一。 描述核外電子空間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的波函數(shù)和作為其圖像的雪定鍔方程式的求波函數(shù)和能量e的解不是具體的數(shù)值，而是包含3個(gè)常數(shù)(n，l，m )和3個(gè)變量(r，)的函數(shù)式n，l，m (r，)； 在數(shù)學(xué)上可以求解很多n，l

11、，m (r，)，但其物理意義并非全部合理的波動(dòng)力學(xué)的成功：軌道能量的量化不需要在建立數(shù)學(xué)關(guān)系式時(shí)事先假設(shè). r :徑向坐標(biāo)確定球面的大小3360角坐標(biāo)，并且表示從z軸沿球面延伸到r的弧，其中，r :徑向坐標(biāo)假設(shè)m的適當(dāng)值，具有合理性的函數(shù)表達(dá)式被稱(chēng)為波函數(shù)(Wave functions ) 直角坐標(biāo)(x，y，z )波函數(shù)的曲線圖是將Schrdinger方程式變量分離：徑向波函數(shù)、R n、l (r )、y n、l、m (r，q，f )=、Y l、m (q，f )的角度波波函數(shù)的徑向分布圖(以氫原子的1s軌道為例)，取不同的r值，代入波函數(shù)式進(jìn)行修正計(jì)算，用修正計(jì)算結(jié)果標(biāo)繪r .曲線如何標(biāo)繪？ 對(duì)

12、于曲線的含義：氫原子1s軌道的徑向部分： R(r )僅與r有關(guān)，當(dāng)r從0傾向時(shí)，r從最大值傾向于0。 氫原子1s軌道的角度部分：波函數(shù)角度分布圖(以氫原子2px軌道為例)是根據(jù)坐標(biāo)原點(diǎn)描繪多個(gè)放射線，分別將與一組值對(duì)應(yīng)的該組的值代入波函數(shù)式(參照上述)進(jìn)行修正運(yùn)算， 在波函數(shù)角度分布圖、波動(dòng)力學(xué)中的波函數(shù)與古典物理學(xué)中的光波的振幅對(duì)應(yīng)的古典物理學(xué)中，光的強(qiáng)度在與振幅的平方成比例的波動(dòng)力學(xué)中根據(jù)玻恩統(tǒng)一修正，粒子波的強(qiáng)度(2)表示粒子在空間某一點(diǎn)的單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率，即電子云。 軌道是數(shù)學(xué)函數(shù)，很難描述其具體的物理意義。 行星圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的 orbit ，只能認(rèn)為是特定電子可能出現(xiàn)在原子核之外而不是火箭彈道的區(qū)域的數(shù)學(xué)描繪.從波函數(shù)(r，)到電子云2