大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)課件工科原子結(jié)構(gòu)

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1、第三章原子結(jié)構(gòu)3.1核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性3.2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述3.3原子核外電子的排布和元素周期表3.4元素性質(zhì)的周期性掌握內(nèi)容：四個(gè)量子數(shù)的取值及相互制約關(guān)系，用四個(gè)量子數(shù)描述某電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；一般元素的核外電子分布式和價(jià)層電子構(gòu)型；根據(jù)元素的價(jià)層電子構(gòu)型或電子分布式推測(cè)元素在周期表中的位置(周期、族、區(qū))、原子序或最高氧化值(或相互推測(cè))；掌握元素若干性質(zhì)在周期表中的變化規(guī)律。熟悉(理解)內(nèi)容：微觀粒子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及測(cè)不準(zhǔn)原理；理解每周期元素?cái)?shù)目依次為2、8、8、18、18、32，每一電子層電子最大容量為2n2；熟悉

2、原子軌道和電子云的角度分布圖及意義；屏蔽效應(yīng)及鉆穿效應(yīng)，能級(jí)分裂及能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象。了解內(nèi)容：薛定諤方程和波函數(shù)；波函數(shù)與原子軌道的關(guān)系；電子云與幾率密度的關(guān)系?；疽驪263-265：習(xí)題2、3、4、8、9作業(yè)3.1核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性3.1.1氫原子光譜與玻爾理論氫原子光譜(HydrogenAtomicSpectrum)H?434.0H?486.1H?656.2H?410.2氫原子光譜特征:①不連續(xù)的、線狀的②有規(guī)律1885年，瑞士物理學(xué)家Balmer:式中：R?=1.097373?107m-1—里德堡常數(shù)n：為大于2的正

3、整數(shù)n=3、4、5、6?H?、H?、H?、H?1913年，瑞典物理學(xué)家里德堡：經(jīng)典力學(xué)無(wú)法解釋氫原子光譜Bohr理論(1913年)基礎(chǔ)：Planck的量子論：物質(zhì)吸收和發(fā)射能量是不連續(xù)的，即量子化的。吸收和發(fā)射能量最小的單位是光量子Einstein的光子學(xué)說(shuō)認(rèn)為光既是一種波，但又具有粒子性Bohr理論的內(nèi)容：核外電子只能在具有確定半徑和能量的特定軌道上運(yùn)動(dòng)。在一定軌道中運(yùn)動(dòng)的電子具有一定的能量，稱定態(tài)。能量最低的稱基態(tài)，其余稱激發(fā)態(tài)。處于定態(tài)的電子既不吸收能量，也不發(fā)射能量。電子從一個(gè)定態(tài)跳到另一個(gè)定態(tài)時(shí)，要放出或吸收輻射能

4、。式中：E:軌道的能量ν：輻射光的頻率h:Planck常數(shù)6.6262?10-34J·s輻射能的頻率?與兩定態(tài)的能量差?E的關(guān)系為：式中：a0=52.9pm—玻爾半徑A=2.179?10-18J當(dāng)電子從高能態(tài)躍至低能態(tài)時(shí)，輻射能的頻率為：玻爾理論的局限性：不能解釋多電子原子光譜和氫原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)1924年：LouisdeBroglie認(rèn)為：電子等微觀粒子也具有波粒兩象性質(zhì)量為m，運(yùn)動(dòng)速度為v的粒子，相應(yīng)的波長(zhǎng)為：3.1.2微觀粒子的波粒兩象性1927年，Davissson和Germer應(yīng)用Ni晶體進(jìn)行電子衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)電

5、子具有波動(dòng)性。3.1.3測(cè)不準(zhǔn)原理1927年，德國(guó)物理學(xué)家Heisenberg提出具有波動(dòng)性的微觀粒子和宏觀物體有著完全不同的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，不能同時(shí)確定它們的位置和動(dòng)量?x·?P?h式中：?x—粒子位置的測(cè)不準(zhǔn)值?P—粒子動(dòng)量的測(cè)不準(zhǔn)值h—Planck常數(shù)對(duì)質(zhì)量為10克的宏觀物體，若?x=0.01cm對(duì)電子，m=9.11?10-31千克，?x=10-9cm3.2核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述3.2.1Schr?dinger方程式中：ψ—波函數(shù)(wavefunction)E—總能量V—?jiǎng)菽躮—電子的質(zhì)量x,y,z—空間直角坐標(biāo)直角坐標(biāo)(x

6、,y,z)與球坐標(biāo)(r,?,?)的轉(zhuǎn)換三個(gè)量子數(shù)(quantumnumber)主量子數(shù)(n)n=1、2、3、……角量子數(shù)(l)l=0、1、2、……、n–1磁量子數(shù)(m)m=0、?1、?2、……、?l3.2.2原子軌道和原子軌道的角度分布圖原子軌道(orbital)n=1：ψ1,0,0n=2：ψ2,0,0對(duì)應(yīng)于電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一種波函數(shù)稱為一個(gè)原子軌道光譜學(xué)上：l=0,1,2,3…分別稱為s,p,d,f…態(tài)?1s軌道?2s軌道?2p軌道ψ2,1,-1、ψ2,1,0、ψ2,1,1氫原子軌道與三個(gè)量子數(shù)的關(guān)系nlm軌道名稱軌道

7、數(shù)目1001s12002s11-1,0,12p33003s11-1,0,13p32-2,-1,0,1,23d54004s11-1,0,14p32-2,-1,0,1,24d53-3,-2,-1,0,1,2,34f7原子軌道的角度分布圖氫原子的若干波函數(shù)(a0為玻爾半徑)軌道ψ(r,?,?)R(r)Y(?,?)?0°30°60°90°120°cos?10.8660.50-0.5YpzA0.866A0.5A0-0.5Axz+–30?60?90?Pz軌道角度分布圖注：原子軌道角度分布圖在討論化學(xué)鍵形成和分子構(gòu)型時(shí)有重要作用xz+s軌

8、道xy+–py軌道xz+–px軌道xz+–pz軌道xy++––dxy軌道yz++––dyz軌道xz++––dxz軌道xz++––dz2軌道xy++––dx2-y2軌道py軌道px軌道pz軌道dz2軌道dx2-y2軌道dxy軌道dyz軌道dxz軌道小結(jié)：原子軌道的角度分布圖中，必須出現(xiàn)與其下