原子結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)

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1、原子結(jié)構(gòu)作為常識(shí)，我們都知道，物質(zhì)是由分子或原子構(gòu)成的，原子又是由原子核和核外電子組成的，在原子核中有質(zhì)子和中子1913年，丹麥的物理學(xué)家玻爾（N.Bohr)根據(jù)普朗克（Planck)的量子論和愛因斯坦（A.Einstein)的光子學(xué)說中光子能量與輻射頻率的關(guān)系提出了玻爾氫原子結(jié)構(gòu)理論。該理論指出：（1）原子核外電子不能在任意的軌道上運(yùn)動(dòng)，只能在符合玻爾量子化條件的、具有確定半徑的圓形軌道上運(yùn)動(dòng)，這種軌道稱為穩(wěn)定軌道，電子在穩(wěn)定的原子軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，既不吸收能量也不放出能量。（2）電子在不同的穩(wěn)定軌道上運(yùn)動(dòng)，其能量是不同的，軌道離核越遠(yuǎn)，能量越高；當(dāng)原子處于能量最低的狀態(tài)時(shí)稱為基態(tài)，其它的狀態(tài)

2、稱為激發(fā)態(tài)（3）電子在不同的原子軌道間躍遷時(shí)，才能發(fā)生能量的輻射或吸收；通常情況下，電子處于基態(tài)，在高能量作用下，電子被激發(fā)到離核較遠(yuǎn)的高能量軌道后，會(huì)自發(fā)的躍遷回低能量軌道，同時(shí)發(fā)射出光譜核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述----薛定諤方程四個(gè)量子數(shù)的取值及物理意義1主量子數(shù)n主量子數(shù)用n表示，其取值為正整數(shù)，即n=1、2、3、4、5、6、7、……，各取值還可用相應(yīng)的光譜符號K、L、M、N、O、P、Q、……來表示，主量子數(shù)取值相同的一組原子軌道為一個(gè)電子層，如n=1，為第一電子層即K層，n=2為第二層即L層……。主量子數(shù)確定了電子層，主量子數(shù)的大小表明了電子出現(xiàn)概率最大處離核的遠(yuǎn)近，即原子軌道離核的遠(yuǎn)

3、近，同時(shí)說明了原子軌道能量的高低。主量子數(shù)取值越大，電子出現(xiàn)概率最大處離核越遠(yuǎn)，能量越高。對單電子原子體系，其原子軌道的能量只決定于主量子數(shù)，只要主量子數(shù)相同，原子軌道的能量就相等；對多電子原子體系，原子軌道的能量同時(shí)受到主量子數(shù)和角量子數(shù)的影響，2角量子數(shù)l角量子數(shù)也叫做副量子數(shù)，用符號l表示，其取值規(guī)定為l=0、1、2、3、……、（n-1）。相應(yīng)的光譜符號分別為s、p、d、f、g、h……，顯然，角量子數(shù)的取值和取值個(gè)數(shù)是由主量子數(shù)決定的，如n=1時(shí)，=0，只有唯一的一個(gè)值；n=2時(shí)，=0、1，有兩個(gè)取值。由角量子數(shù)的取值規(guī)則可見，角量子數(shù)的取值個(gè)數(shù)正好等于主量子數(shù)的值。角量子數(shù)取值相同的

4、一組原子軌道稱為一個(gè)電子亞層，一個(gè)電子層中含有的電子亞層數(shù)等于該電子層所對應(yīng)的主量子數(shù)的取值。角量子數(shù)表明了原子軌道角動(dòng)量的大小，具體而言，它體現(xiàn)的是原子軌道在空間各個(gè)方向上的伸展情況，即決定了原子軌道的形狀，角量子數(shù)取值不同，原子軌道的形狀就不同，例如=0時(shí)的s軌道為球形，說明電子運(yùn)動(dòng)與角度無關(guān)；=1的p軌道為兩個(gè)相切的球形等。角量子數(shù)還和主量子數(shù)一起決定多原子軌道的能量。3磁量子數(shù)m8m稱為磁量子數(shù)，取值為m=0、±1、±2、……、±（-1）。磁量子數(shù)的取值和取值個(gè)數(shù)是由角量子數(shù)確定的，在一個(gè)電子亞層中，磁量子數(shù)的取值個(gè)數(shù)為2+1。磁量子數(shù)與原子軌道的能量無關(guān)，它體現(xiàn)的是電子繞核運(yùn)動(dòng)的角

5、動(dòng)量在空間給定方向上的分量，即磁量子數(shù)確定的是原子軌道在空間的伸展方向。一個(gè)磁量子數(shù)的取值決定原子軌道的一種伸展方向，一種伸展方向就是一個(gè)原子軌道，因此，一個(gè)電子亞層中的原子軌道數(shù)與磁量子數(shù)的取值個(gè)數(shù)相同，即一個(gè)電子亞層中有2+1個(gè)原子軌道。例如=1的p電子亞層，為兩個(gè)相切的球體，但這兩個(gè)相切的球體在空間三維坐標(biāo)系中是沿x軸、y軸分布還是沿z軸分布，就是由磁量子數(shù)決定的，此時(shí)，m=0、+1、-1，有三個(gè)取值，說明p軌道有三種空間伸展方向，該亞層中有三個(gè)原子軌道，他們分別沿著x、y和z軸分布。在一個(gè)電子亞層中，各原子軌道的能量是相等的，稱這種能量相等的原子軌道為簡并軌道,簡并軌道的數(shù)目稱為簡并

6、度。但要注意的是,單電子原子體系與多電子原子體系簡并軌道的情況是不同，由于單電子原子體系的原子軌道能量只決定于主量子數(shù)，所以，主量子數(shù)相同，電子層中各軌道的能量都是相等的，都是簡并軌道，而在多電子原子中，n、l都相同的軌道為簡并軌道。例題指出H原子和Cu原子中n=3的電子層中，有哪些原子軌道，哪些是簡并軌道，簡并度分別是多少？解：n=3的電子層中，電子亞層有3s、3p、3dH原子為單電子原子體系，3s、3p、3d都是簡并軌道，簡并度為9；Cu原子為多電子原子體系，3p亞層為簡并軌道，簡并度為3；3d亞層為簡并軌道，簡并度為5。4自旋磁量子數(shù)ms一條原子發(fā)射光譜經(jīng)精密光譜儀分光后，可以得到頻率

7、非常相近的兩條譜線——光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，這種精細(xì)結(jié)構(gòu)是難以僅僅用電子的軌道運(yùn)動(dòng)來解釋的。為了說明光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，1925年烏倫貝克（Uhlenbeck)和歌德希密特（Goudsmit)提出了電子具有自旋運(yùn)動(dòng)的假設(shè)，認(rèn)為電子繞核運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還有自旋運(yùn)動(dòng)，電子的自旋有兩種狀態(tài)。為了描述電子的自旋運(yùn)動(dòng)，引入了自旋磁量子數(shù),用ms來表示。ms的取值只有+和-兩種。當(dāng)兩個(gè)電子的自旋磁量子數(shù)取值相同時(shí)，稱為自旋平行，可用兩個(gè)