无机化学学习教案

1、会计学1无机化学无机化学(wjhuxu)第一页，共90页。8.1.2 氢原子光谱氢原子光谱(gungp)与与Bohr理论理论8.1.5 氢原子的激发态氢原子的激发态8.1.4 氢原子的基态氢原子的基态(j ti)8.1.3 Schrdinger方程与量子数方程与量子数8.1.1 历史回顾历史回顾第1页/共90页第二页，共90页。第2页/共90页第三页，共90页。的原子结合时，原子之间就发的原子结合时，原子之间就发生化学反应而生成化合物。化生化学反应而生成化合物。化合物的原子称为复杂原子合物的原子称为复杂原子（4 4） 一种元素的原子与另一种元素的原子与另一种元素的原子化合时，他们一种元素的原子

2、化合时，他们之间成简单的数值比。之间成简单的数值比。第3页/共90页第四页，共90页。e01e01e01第4页/共90页第五页，共90页。中子中子(zhngz) 10 n 的的发现发现 1920年，Rutherford曾经指出，除了质子和电子以外，还存在着和质子一样但不带电荷的粒子，他称这种粒子为中子。 第5页/共90页第六页，共90页。质 子 11 P 中 子 10 n e01第6页/共90页第七页，共90页。氢原子光谱(gungp)H3 .65657. 4H1 .48607. 6H0 .43491. 6H2 .41031. 7 /nm1 /s)10 (148.1.2 氢原子光谱氢原子光谱(

3、gungp)第7页/共90页第八页，共90页。三点假设： 核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动(yndng),且不辐射能量； 通常，原子中的电子处在离核最近的轨道上时，能量最低基态；原子获得能量后，电子被激发到高能量轨道上，原子处于激发态； 电子从激发态回到离核较近的轨道上同时释放光能，光的频率取决于轨道间的能量差。8.1.3 Bohr理论理论(lln)第8页/共90页第九页，共90页。hEEEEh1212E：轨道能量(nngling)h：Planck常量第9页/共90页第十页，共90页。 不连续光谱(gungp),即线状光谱(gungp) 其频率符合一定的规律12215s )121(1

4、0289. 3nvn= 3,4,5,6经验(jngyn)公式：氢原子光谱(gungp)特征：式中 2，n，3.2891015各代表什么意义？第10页/共90页第十一页，共90页。第11页/共90页第十二页，共90页。12215s )121(10289. 3nvn = 3 红（H）n = 4 青（H ）n = 5 蓝紫 （ H ）n = 6 紫（H ）Balmer线系第12页/共90页第十三页，共90页。光和电磁辐射(din c f sh)红 橙 黄 绿 青 蓝 紫18sm10998. 2 cc光速第13页/共90页第十四页，共90页。原子能级Balmer线系第14页/共90页第十五页，共90页

5、。1 -222115s )11(10289. 3nnv12nn hvE J )11(102.179222118-nn1 -22211534s )11(10289. 3sJ10626. 6nn第15页/共90页第十六页，共90页。RH：Rydberg常数(chngsh)，其值为2.17910-18J。)11( 2221HnnRE第16页/共90页第十七页，共90页。 借助于氢原子光谱的能量(nngling)关系式可定出氢原子各能级的能量(nngling)： )11( 122221HEEEnnRE 012En，EE，则令第17页/共90页第十八页，共90页。 2Hn JnRE J1042.2313

6、 192H31REn，J1045.5212 192H21REn，J10179. 2111182H11REn，当第18页/共90页第十九页，共90页。20)11( 2221HnnRE 。这就是氢原子的 ，时，当J10179. 2 11821Enn电离能第19页/共90页第二十页，共90页。精密(jngm)分光镜下的氢原子光谱第20页/共90页第二十一页，共90页。8.1.2 不确定原理和微观粒子不确定原理和微观粒子 运动的统计运动的统计(tngj)规律规律8.2.1 微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性第21页/共90页第二十二页，共90页。1 1 光的波粒二象性光的波粒二象性 光具有光具有

7、(jyu)波粒二象性。波粒二象性。 1913年，提出光是由具有粒子特征的光子(gungz)所组成的，每一个光子(gungz)的能量与光的频率成正比。 在光电效应中，光的照射下，光子(gungz)将能量传递给金属中的电子，如果是短波光（高频率）照射到金属表面，会发射出电子光子光子(gungz)学说：学说：第22页/共90页第二十三页，共90页。- 为粒子(lz)波的波长；-v为粒子(lz)的速率-m为粒子(lz)的质量-h=6.62610-34Js，Planck常量。 1924年，Louis de Broglie提出：质量为 m ，运动(yndng)速度为的粒子，相应的波长为：= h/m = h

8、/p，2 2 微观粒子的波粒二象性微观粒子的波粒二象性第23页/共90页第二十四页，共90页。例例1-1：试分别计算质量为：试分别计算质量为1.0 10-2kg，运动速度，运动速度(sd)为为1.0 103 ms-1的子弹和质量为的子弹和质量为9.1 10-31kg，运动速度，运动速度(sd)为为1.5 108 ms-1的围绕原子核运动的电子的波长。的围绕原子核运动的电子的波长。msmkgsJmvh35132341106 . 6100 . 1100 . 110626. 6（2）电子(dinz)的波长为：msmkgsJmvh121831342109 . 4105 . 1101 . 910626.

9、 6解： （1）子弹(zdn)的波长为：第24页/共90页第二十五页，共90页。电子衍射实验电子衍射实验(shyn)示示意图意图图5.1 电子衍射示意图定向电子射线定向电子射线晶片光栅晶片光栅衍射图象衍射图象 1927年，Davissson和Germer应用Ni晶体进行(jnxng)电子衍射实验，证实电子具有波动性。第25页/共90页第二十六页，共90页。只有统计的分布规律，也就是只能用概率而不能用轨迹来描述它们(t men)的运动状态。 8.2.2 不确定关系与微观粒子运动不确定关系与微观粒子运动 的统计的统计(tngj)规律规律第26页/共90页第二十七页，共90页。第27页/共90页第二

10、十八页，共90页。8.3.2 量子数量子数8.3.4 原子轨道与电子云的空间原子轨道与电子云的空间(kngjin)图像图像8.3.3 概率密度与电子云概率密度与电子云8.3.1 Schrdinger方程方程(fngchng)与与波函数波函数第28页/共90页第二十九页，共90页。VEhmzyx2222222288.3.1.Schrdinger方程方程(fngchng)与波函数与波函数：空间直角坐标zyx,常数：Planckh：势能V：总能量E波函数： ：质量m第29页/共90页第三十页，共90页。第30页/共90页第三十一页，共90页。直角坐标(zh jio zu bio)( x,y,z)与球

11、坐标(r,)的转换 222zyxrcosrz qsinsinry qcossinrxqq, , rzyx q,YrR第31页/共90页第三十二页，共90页。8.3.2. 量子数量子数 主量子数主量子数 n 1,.2, 1 ,0nl 磁量子数磁量子数 m 自旋自旋(z xun)量子数量子数 ms,21smllm.,0,.21sm 角量子数角量子数ln=1, 2, 3,第32页/共90页第三十三页，共90页。决定(judng)电子能量的高低。不同(b tn)的n值，对应于不同(b tn)的电子层：主量子数n：K L M N O第33页/共90页第三十四页，共90页。角量子数l ： l 的取值 0，

12、1，2，3n1 对应着 s, p, d, f. (亚层) l 决定了的角度函数的形状(xngzhun)。与电子云的形状(xngzhun)有关。磁量子数m： m可取 0，1, 2l ； 其值决定了角度函数的空间(kngjin)取向。决定电子云在空间(kngjin)的伸展方向。第34页/共90页第三十五页，共90页。 n, l, m 一定(ydng)，轨道也确定 例如例如(lr): n =2， l =0， m =0， n =3， l =1， m =0， n =3， l =2， m =0，思考题： 当n为3时, l ,m 分别(fnbi)可以取何值？轨道的名称怎样? 2s 3py 3dz2第35页/

13、共90页第三十六页，共90页。2 ：原子核外出现(chxin)电子的概率密度。8.3.3 概率密度与电子云概率密度与电子云 电子经常出现的区域(qy)的叠加图形被形象地称为电子云。电子云是空间某单位体积内找到电子的概率分布的图形，故也称为概率密度。基态氢原子核外电子基态氢原子核外电子(h wi din z)(h wi din z)的的运动运动图5.8 电子云的统计概念（二维投影）a) 单张照片；b) 二张照片 c)大量照片yxayxbyxb第36页/共90页第三十七页，共90页。2 4r224r径向(jn xin)分布函数D(r)：d2概率rr d 4d2rr d 422概率d空间微体积224

14、)(rrD令：第37页/共90页第三十八页，共90页。1. 1s ：n=1, l=0, m=0r分布函数图轨道的径向 1s (b)图及电子云的 1s )a (2r第38页/共90页第三十九页，共90页。图及电子云的 2s )a (2r分布函数图轨道的径向 2s (b)节面峰数=nl2. 2s ：n=2, l=0, m=0第39页/共90页第四十页，共90页。3. 2p：n =2 , l =1 , m = +1,0,-1qqqcosAcos 43),(Y10.8660.50-0.5-1A0.866A 0.5A0-0.5A-Ao0o30o60o90o120qqcoso180zY2p第40页/共90

15、页第四十一页，共90页。x,yz+3060第41页/共90页第四十二页，共90页。yY2pxyzxY2pxyz22pxYxyzxyz2p2yYxyz2p2zYxyzzY2p第42页/共90页第四十三页，共90页。4. 3d：2, 10,m 2,l 3,n2d3zxyzyzd3xyzxzd3xyzxyd3xyz22d3yx xyz第43页/共90页第四十四页，共90页。电子云的径向分布(fnb)指在单位厚度的球壳内找到电子的概率2s3srr3s3p3d图5.10 电子云的径向(jn xin)分布示意图第44页/共90页第四十五页，共90页。小结(xioji)：量子数与电子云的关系 n：决定(ju

16、dng)电子云的大小 l：描述(mio sh)电子云的形状 m：描述电子云的伸展方向 第45页/共90页第四十六页，共90页。8.4.1 多电子多电子(dinz)原子轨道能原子轨道能级级8.4.2 核外电子核外电子(h wi din z)排布排布第46页/共90页第四十七页，共90页。轨道：与氢原子类似，其电子运动状态 可描述为1s, 2s, 2px, 2py, 2pz, 3s轨道能量：单个电子在原子轨道上运动的能量 。能量：与氢原子不同, 能量不仅与n有关, 也与l有关; 在外加(wiji)场的作用下, 还与m有关。第47页/共90页第四十八页，共90页。简并轨道：简并轨道： 能量相同的轨道称为能量相同的轨道称为(chn wi)简并轨道。简并轨道。 对于单电子系统，主量子数相同的轨道简并。对于单电子系统，主量子数相同的轨道简并。多电子原子主量子数和角量子数均相同的轨道简多电子原子主量子数和角量子数均相同的轨道简并。并。第48页/共90页第四十九页，共90页。近似(jn s)能级图8.4.1 多电子多电子(dinz)原子轨道原子轨道能级能级321818 8 8 2第49