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1、无机及分析化学、重庆大学化学工业学院、季金苟、第1章、原子结构与元素周期表、1.1核外电子的运动状态、1.1氢原子光谱与Bohr理论、自然界的连续光谱、实验室的连续光谱、氢原子光谱、不连续、线状原子被高温火焰或电弧等激发时各元素的原子具有其特征波长的光谱线，它们是现代光谱分析的基础。 氢原子的发射光谱是所有原子的发射光谱中最简单的，发出可见光、紫外光和红外光。 氢原子光谱由五组线型组成，所有线的频率都满足简单的经验关系式：例如对于Balmer线型的处理，n=3红(H) n=4蓝(H) n=4，这个问题在表面上不太复杂长期以来很多科学家经历了与神为难、生动曲折的探索过程.1913年，28岁的Bo

2、hr在前人的基础上，创立了Bohr理论. 玻尔理论，Bohr理论的主要内容是玻尔在1913年提出的氢原子量子力学模型，关于固定轨道的概念，玻尔模型认为电子只能在几个圆形的固定轨道上进行核运动。 激发状态：指的是基态之外的孤子状态，其中，每个激发状态的能量随着n值的增大而增高。 电子只有在从外部吸收了足够的能量的情况下才能达到激发状态。 能级：轨道不同的能级统称为能级。 电子只能在具有规定半径和能量的恒定轨道上运动，不放射能量。 基态： n的值为1的稳态。 通常，电子保持在能量最低的基态。 基态是能量最低，即最稳定的状态。 轨道能量量化的概念，即，电子的轨道角动量l仅为h/(2)的整数倍(量化条

3、件) :从最接近核的轨道开始，n值分别等于1、2、3、4、5、6和7。 根据假设条件修正n=1时的允许轨道的半径为53 pm，这就是萩名的玻尔半径。 关于能量的吸收和释放，E:轨道的能量：光的频率h: Planck常数，修正了氢原子的电离能，保罗理论的成功之处，说明了h和He、Li2、B3的原子光谱，说明了原子的稳定性，其他发光现象(如光的形成) 无法解释氢原子光谱的微结构，无法解释多电子原子的光谱，Question，氢原子的第一电离能需要修正多少，(氢原子的第一电离能)，1.1.2核外电子的波粒二象性， 描写微观物体运动规律的需求是物理学新概念诞生的物质和人们对能量的认识只能看到硬币的一面，

4、1900年，普朗克(Plank M )是表现光能(e )和频率()关系的方程式， 即萩名的普朗克方程式： E=h式中的h称为普朗克常数(Planck constant )，其值为6.62610的3等)各吸收或释放一部分光能，不能为0.5、1.6、2.3等的非整数倍。 爱因斯坦(The photoelectric effect )根据普朗克方程来量化入射光本身的能量，并且其值是一条光线是一个光子的流动爱因斯坦对光电效应的成功解释最终把以波的微粒性概念为基础的学科称为量子力学(quantum mechanics )。、1905年，爱因斯坦a成功地解释了光电效应，各金属具有特征性的最小频率(称为临界

5、频率)，低于该频率的光线无论其强度和照射时间多长都会导致光电效应波浪的微粒性引起人们对波浪的深刻认识，产生了讨论波浪微粒性概念的基础学科量子力学(quantum mechanics )。 在达布洛伊关系式-微粒波动性、微粒波动性的直接证据电子衍射和衍射、光的波粒二象性启发下，达布洛伊提出了虚拟。 他说，1924年达布罗伊关系式诞生了伟大的思想，1924年，路易斯德布罗格尔。 现在，对于电子是否还有一种倾向，也就是过于强调粒性而忽略其波性”，而是包括运动中的垒球和子弹等宏观物体，可以用达布洛伊式来修正它们的波长， 1.1.3海森堡的不确定原理(uncertainty principle )，微观

6、粒子与宏观物体不同，它们的运动没有轨迹，即在确定的时间没有确定的位置。 海森堡的测量不准确原理(Heisenberg uncertainty principle )是，如果设定实验不能正确测量粒子的位置，就不能正确测量其运动量。 相反.x p h如果正确知道粒子在那里，就不能正确知道粒子来自那里。 如果正确地知道粒子是如何运动的，就不能正确地知道它现在在那里。 也就是说，电子的正确位置和正确的运动量不能同时测量Rutherford和Bohr模型的行星不能围绕太阳这样的电子轨道，具有波粒二象性的电子，已经不遵守古典力学规则，那些运动没有确定的轨道，一定的空间概率分布波动力学的轨道概念与电子在核外

7、空间出现机会最多的区域有关.但是，不正确的关系并不是限制人们的认识限度，而是限制古典力学的适用范围，说明微观系统的运动起着更深层次的规则作用，这就是量子力学反应的规则量子力学(波动力学) 模型是迄今为止最成功的原子结构模型，1920年以海森堡(Heisenberg W )和薛定锷(Schrodinger E )为代表的科学家们通过数学处理原子中电子的波动性构筑了更合理的核外电子的配置方式，以heii Schrodinger E，一些基本概念：电子云，电子自旋，核外电子的可能运动状态，电子云的形状-在一定能量层，具有一定形状的电子云称为能量级(energy level )的电子云在核外空间扩展的

8、程度-核外电子的能量尺寸层次处于不同状态的电子的电子云图像具有不同的特征，主要包含电子云图像、电子云的空间中的取向轨道(orbital )电子的核外空间中的概率密度大的区域。2、电子自旋核除了绕原子核高速运动外，还绕自己的轴自旋。 自旋只有顺时针和逆时针两个相反方向。 3、核外电子可能的运动状态具有一定的空间运动状态和一定的自旋转状态的电子称为具有一定的运动状态的电子。 (1)主量子数n (principal quantum number )、描述电子的运动状态的4个量子数是像与电子能量有关的玻尔的固定轨道那样波动力学的轨道也由量子数规定的。 原子轨道不像玻尔轨道那样是用1量子数而是用3量子数

9、记述的。描绘原子轨道的形状，关于多电子原子，l也是与e相关的l的值0、1、2、3n-1 (亚(2)角量子数l (angular momentum quantum umber )，d轨道是花瓣形、梅花形(3)磁量子数m (magnetic quantum number )、p轨道(l=1，m=1，0，-1) m种取值，3种取向即5条等效(简并) d轨道，f轨道(l=3，m=3，2，1，0，-1，-2，-3 ) : m种取值，空间取7种取向，7 (4)自旋量子数ms (spin quantum number )表示电子绕自轴旋转的状态的电子相对于具有微磁铁那样的行为的ms取1/2和-1/2的值，产

10、生与想象中的电子自旋2种可能的自旋方向：正方向(1/2)相反方向(-1/2 )的磁场相反自旋的一对电子，磁场相互抵消根据上述讨论，知道n、l的一组量子数对应(自然也有一个能量Ei )，写出n l m ms、Question、轨道量子数n=4、l=2、m=0的原子轨道名。 m的3个量子数m=0应该在轨道名称中没有反映，但是根据我们至今为止学到的知识，4d轨道是不同延伸方向的5条4d轨道之一。 描述核外电子空间的运动状态的波函数和作为其图像的雪定锷方程式的求波函数和能量e的解不是具体的数值，而是包含3个常数(n，l，m )和3个变量(r，)的函数式n，l，m (r，)； 在数学上可以求解很多n，l

11、，m (r，)，但其物理意义并非全部合理的波动力学的成功：轨道能量的量化不需要在建立数学关系式时事先假设. r :径向坐标确定球面的大小3360角坐标，并且表示从z轴沿球面延伸到r的弧，其中，r :径向坐标假设m的适当值，具有合理性的函数表达式被称为波函数(Wave functions ) 直角坐标(x，y，z )波函数的曲线图是将Schrdinger方程式变量分离：径向波函数、R n、l (r )、y n、l、m (r，q，f )=、Y l、m (q，f )的角度波波函数的径向分布图(以氢原子的1s轨道为例)，取不同的r值，代入波函数式进行修正计算，用修正计算结果标绘r .曲线如何标绘？ 对

12、于曲线的含义：氢原子1s轨道的径向部分： R(r )仅与r有关，当r从0倾向时，r从最大值倾向于0。 氢原子1s轨道的角度部分：波函数角度分布图(以氢原子2px轨道为例)是根据坐标原点描绘多个放射线，分别将与一组值对应的该组的值代入波函数式(参照上述)进行修正运算， 在波函数角度分布图、波动力学中的波函数与古典物理学中的光波的振幅对应的古典物理学中，光的强度在与振幅的平方成比例的波动力学中根据玻恩统一修正，粒子波的强度(2)表示粒子在空间某一点的单位体积内出现的概率，即电子云。 轨道是数学函数，很难描述其具体的物理意义。 行星围绕太阳转动的 orbit ，只能认为是特定电子可能出现在原子核之外而不是火箭弹道的区域的数学描绘.从波函数(r，)到电子云2