大化材102原子核外电子运动状态

第二章物质的结构和材料的性质

原子结构和元素周期律分子结构和分子间力物质结构和材料的性质一、电子的波粒二象性1.经典物理学的原子结构的概念

Rutherford“太阳-行星模型”的要点：

(1)所有原子都有一个核即原子核；

(2)核的体积只占整个原子体积极小的一部分；

(3)原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上；

(4)电子像行星绕着太阳那样绕核运动。第1节原子核外运动状态2.波的微粒性电磁波是通过空间传播的能量。可见光只不过是电磁波的一种。

电磁波在有些情况下表现出连续波的性质，另一些情况下则更像单个微粒的集合体，后一种性质叫作波的微粒性。普朗克提出了当时物理学界一种全新的概念普朗克方程：E=hv(黑体辐射时能量密度按频率分布)

1905年,爱因斯坦(EinsteinA)成功地将能量量子化概念扩展到光本身,解释了光电效应。3.电子的波粒二象性

波尔以波的微粒性（即能量量子化概念）为基础建立了氢原子模型。氢原子结构的量子力学模型--玻尔模型特征:①不连续的、线状的;②是很有规律的。波粒二象性Bohr’smodelBohr理论的主要内容Bohr’smodel(1)关于固定轨道的概念玻尔模型认为,电子只能在若干圆形的固定轨道上绕核运动。它们是符合一定条件的轨道：电子的轨道角动量L只能等于h/(2

)的整数倍：

定态：电子只能处于上述条件所限定的几个能态。所有这些允许能态之统称。电子只能在有确定半径和能量的定态轨道上运动,

且不辐射能量。基态:n值为1的定态。通常电子保持在能量最低的这一基态。基态是能量最低即最稳定的状态。(2)关于轨道能量量子化的概念激发态:指除基态以外的其余定态.各激发态的能量随n值增大而增高。电子只有从外部吸收足够能量时才能到达激发态。(1)解释了H及He+、Li2+、B3+的原子光谱(4)计算氢原子的电离能(2)说明了原子的稳定性(3)对其他发光现象（如Ｘ射线的形成）也能解释Bohr理论的成功之处(2)不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂(1)不能解释氢原子光谱的精细结构(3)不能解释多电子原子的光谱Bohr理论的不足之处4.原子结构的波动力学模型(1)海森堡的不确定原理:不可能同时测得电子的精确位置和精确动量！

(2)具有波粒二象性的电子，不再遵守经典力学规律，它们的运动没有确定的轨道，只有一定的空间概率分布。实物的微粒波是概率波。

薛定谔等则以微粒波动性为基础建立起原子的波动力学模型。二、描述电子运动状态的四个量子数1.主量子数n(1)确定电子出现概率最大处离核的距离。(2)与电子能量有关，对于氢原子，电子能量唯一决定于n(3)不同的n值，对应于不同的电子壳层１２３４５……..

KLMNO……..2.角量子数l(1)与角动量有关，对于多电子原子,l

也与E有关(2)l的取值0，1，2，3……n-1(亚层）

s,p,d,f…...

(3)l决定了ψ的角度函数的形状

n1

10201301240123(亚层)spdf3.磁量子数m(1)与角动量的取向有关，取向是量子化的(2)m可取0，±1,±2……±L(3)取值决定了ψ角度函数的空间取向(4)L值相同的轨道互为等价轨道

Lm轨道数

0(s)011(p)-1,0,+132(d)-2,-1,0,1,253(f)-3,-2,-1,0,1,37s轨道(L=0,m=0,)m一种取值,一种取向,一条s

轨道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(简并)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(简并)f轨道4.自旋量子数ms

(1)描述电子绕自轴旋转的状态(2)自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为(3)ms

取值+1/2和-1/2，分别用↑和↓表示三个量子数确定原子轨道：n,l,m

四个量子数描述核外电子运动状态：n,l,m,ms

二个量子数确定原子轨道能量：n,l

练习：写出与轨道量子数n=4,l=2,m=0的原子轨道名称。三、电子运动状态描述的三种方法波函数=薛定谔方程的合理解=原子轨道1.薛定谔方程和波函数(1)求解薛定谔方程,就是求得波函数ψ和能量E;(2)解得的ψ不是具体的数值,而是包括三个常数(n,l,m)和三个变量(r,θ,φ)的函数式。(3)有合理解的函数式叫做波函数ψ(n,l,m)(r,θ,φ);到电子云Ψ2(r,θ,φ)2.波函数Ψ和电子云|Ψ|2一条轨道是一个数学函数,很难阐述其具体的物理意义，只能将其想象为特定电子在原子核外可能出现的某个区域的数学描述。

电子云（|Ψ|2）的物理意义是概率密度，表达微粒在空间某点单位体积内出现的概率。要求牢记：s,p,d电子云的形状；

s,p,d电子云在空间的伸展方向。原子轨道（波函数Ψ）与电子云（|Ψ|2）的区别：原子轨道有正负之分，电子云不再有“+”、“-”