《原子结构基础》PPT课件.ppt
《《原子结构基础》PPT课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《原子结构基础》PPT课件.ppt(72页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第5章 原子结构基础,Chapter 5 The Base of Atomic Structure,1初步了解原子核外电子运动的近代概念、原子能级、波粒二象性、原子轨道(波函数)和电子云概念.,2了解四个量子数对核外电子运动状态的描述,掌握四个量子数的物理意义、取值范围.,3熟悉 s、p、d 原子轨道的形状和方向.,4理解原子结构的近似能级图,掌握原子核外电子排布的一般规则和 s、p、d、f 区元素的原子结构特点.,6了解化学键的本质、共价键键长、键角等概念;,7了解杂化轨道理论的要点,并能用该理论说明一些分子的空间构型;,8了解分子间力和晶体结构及其对物理性质的影响。,5学会从原子的电子层结
2、构了解元素性质,熟悉原子半径、电离能、电子亲合能和电负性的周期性变化.,5.1 原子结构的近代概念 The Recent Concept of Atomic Structure,5.2 多电子原子的电子分布方式和周期系 The Electronic Distribution of Many Electron Atom & Periodic System,5.3 化学键与分子间相互作用力 Chemical Bond & Intermolecular Force,5.4 晶体结构 Crystal Structure,5.1.1 波函数(Wave Function ),5.1.2 电子云(Elect
3、ron Cloud),5.1 原子结构的近代概念 The Recent Concept of Atomic Structure,夸克,质子,中子,原子核,电子,原子 (离子),微观,宇宙,单质 化合物,星体,宏观,纳米材料,化学研究的对象,分子,本章涉及的结构部分,原子结构,化学键,分子间力,氢原子结构的量子力学模型:波尔模型 (the quantum mechanical model of the structure of hydrogen atom Bohr model),不连续的、线状的; 是很有规律的.,氢原子光谱特征:,The electromagnetic spectrum,5.1
4、.1 波函数(Wave Function ),著名的普朗克方程:E = hv(1) h叫普朗克常量(Planck constant), 值为 6.62610-34 Js., 光的波粒二象性:,相对论中的质能联系定律:Emc2.(2),联立(1)(2)式,得:h/mc(3),c光速,值为3108ms-1,体现波动性,体现粒子性, 电子的波粒二象性:,1924年,法国年轻的物理学家德布罗意(Louis de Broglie)提出实物粒子、电子 、原子等也具有波粒二象性:,h/mv,v 实物粒子运动速率(ms-1),1927年,通过电子衍射证实了德布罗意的假设。,matter wave,电子的衍射图
5、,电子的波动性是电子许多行为的统计结果。,电子的一次行为并不能确定其出现的具体位置。,概率波,短时间,长时间,微观粒子电子:,宏观物体子弹:,m = 1.0 10-2 kg, = 1.0 103 m s-1, = 6.6 10-35 m,Question,波粒二象性是否只有微观物体才具有?,以波的微粒性(即能量量子化概念)为基础建立了他的氢原子模型.,波粒二象性对化学的重要性在于:,H+ H H- D He,等则以微粒波动性为基础建立起原子的波动力学模型.,波尔,薛定鳄,如果某一物理量的变化是不连续的,而是以某一最小单位作跳跃式的增减,这一物理量就是量子化的,其最小单位就称这一物理量的量子(q
6、uantum)。,量子:,一、微观粒子的运动特征,原子的量子力学模型,1.量子性,如宏观物体所带的电荷量从Q增加到Q+dQ ,QdQ,但dQ所包含的电子个数却是很大的(例如1库仑的电荷量为6.241018个电子的电量),从宏观上QQ+dQ可以认为是连续变化的。,在微观领域里,一个微观粒子如果是一个离子,所带电荷只有一个或几个电子,从而离子所带电荷的变化,如A- A2- A3-,就不能认为是连续变化的,而是跳跃式的变化。,氢原子核外电子所处的能级是不连续的,即电子所具有的能量是量子化的。,当电子从一个能级跃迁到另一个能级上是时,粒子能量的改变是跳跃的。,4. 海森堡的测不准原理 (Heisenb
7、erg uncertainty principle ),2.波粒二象性,德布罗依波或物质波:实物微粒除具有粒子性外,还具有波的性质,这波称为(matter wave)。,h/mv,概率密度:单位体积的概率。,概率波:电子运动在空间出现的概率可以由波的强度表现出来,因此电子及其微观粒子波(物质波),又称概率波。,3.微观粒子运动的统计性,x p h/(2),即不可能同时测得电子的精确位置和精确动量 !,薛定锷方程,二、核外电子运动状态的近代描述, 方程中既包含体现微粒性的物理量m , 也包含体现波动性的物理量;, 求解薛定锷方程, 就是求得波函数和 能量 E ;, 解得的不是具体的数值, 而是包
8、括三个 常数 (n, l, m)和三个变量(x,y,z)的函数 式n, l, m (x,y,z) ;,如果(x,y,z)有一确定的表达式,则可在空间坐标中描出其波的图形,意义:,描述原子核外电子出现在原子周围某位置的概率(非运动轨迹), 为了得到合理解, 三个常数项(量子数)只能按一 定规则取值(n, l, m), 数学上可以解得许多个(z,y,z) , 但其物理意义 并非都合理;, 有合理解(n, l, m 的取值合理)的函数式叫做波函 数(Wave functions) n, l, m (x,y,z),波函数n, l, m (x,y,z) = 薛定锷方程的合理解,=“原子轨道”,形象性名称
9、,波函数n, l, m (x,y,z),r : 径向坐标, 决定了球面 的大小 : 角坐标 : 角坐标,直角坐标( x, y, z)与球坐标 (r,) 的转换,R(r),径向分布函数,角度分布函数,R(r)r作图,径向分布图,Y(,) ,作图,角度分布图,p 轨道角度分布图,1s,2s,3s轨道的径向分布图,含三个量子数n、l、m的n,l,m(x,y,z) ,它们决定了波函数的形状!,2.波函数与量子数,求解薛定锷方程 (x,y,z) 的具体表达式,正如直线方程y(x)=ax+b中a、b的合理取值决 定了其图形的形状一样:,a0,b0,,y,x,a0,b0,,y,x,a0,,y,x,a0,b0
10、,,y,x,(1)主量子数n(principal quantum number):, 与电子能量有关;, 确定电子出现几率最大处离核的距离;, 不同的n 值,对应于不同的电子壳层 .(正整数). K L M N O,对于H:,(2)角量子数l (angular momentum quantum):,反映波函数(即原子轨道,简称轨道)的形状,l =0,1,2 ,3 (n-1 )(亚层) 对应于 s,p,d, f (未命名)轨道符号,取值:,与角动量有关,对于多电子原子, l 也 与E 有关, l ,E ,l 决定了的角度函数的形状,The allowed values for angular m
11、omentum quantum number, l,n,l,1 2 3 4 (subshell symbol,0 0 0 0 s,1 1 1 p,2 2 d,3 f,亚层数,1 2 3 4,s,s,p,s,p,d,s,p,d,f,角量子数 l 的容许值, 与角动量的取向有关,取向是量子化的 m可取值: 0,1, 2l m值决定了角度函数的空间取向 m 值相同的轨道互为等价轨道(或称简并轨道),(3) 磁量子数m ( magnetic quantum number),The allowed values for magnetic quantum number, m,l,m,轨道数,0(s) 1(
12、p) 2(d) 3(f),0 1 0 1 2 1 0 1 2 3 2 1 0 1 2 3,1 3 5 7,s,p,d,f,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.,由上面的讨论知道 n, l, m 一定, 轨道也确定,0
13、 0 1s K (轨道数)1(s),0 0 2s,2,1,-1 0 +1,2px 2py 2pz,L 2(s,p),0 0 3s,-1 0 +1,3px 3py 3pz,1,2,3,0,1 2,3dxy,3dyz,3dzx 3dz2, 3dX2-y2,M 3(s,p,d),1,(轨道数 = 1+3=4),(轨道数= 1+3+5=9),(4) 自旋量子数 ms (spin quantum number), 描述电子绕自轴旋转的状态 自旋运动使电子具有类似于微磁体的行为 ms 取值+1/2和-1/2,分别用和表示,想象中的电子自旋: 两种可能的自旋方向: 正向(+1/2)和反向(-1/2) 产生方
14、向相反的磁场 相反自旋的一对电子, 磁场相互抵消.,核外电子运动,轨道运动,自旋运动,与一套量子数(n, l, m, ms)及其能级(Ei)相对应,描述电子运动状态的方法,四个量子数,n l m,ms,取值要合理,3, 3,1, 1,4,3,-1,Question,写出与轨道量子数 n = 4, l = 2, m = 0 的原子轨道名称.,4d,Representations of the five d orbitals,(4dxy,/4dyz,/4dzx,/4dx2-y2,/4dz2),5.1.2 电子云(Electron Cloud),=“原子轨道”,波函数n, l, m (x,y,z),
15、原子轨道,径向分布图,角度分布图,意义:描述电子在原子核外可能出现的空间区域,图,借用物理学中光波及其光密度等概念,可得到 :,2反映电子在空间某位置上单位体积内出现的概率大小,即概率密度。,图形,概率密度,图形,概率密度的径向分布图,图形,概率密度的角度分布图,用黑点的疏密表示概率密度的图形称电子云 (electron clouds),图,区别?,有+、-之分,无+、-之分,2pz轨道图形,2pz轨道电子云图形,有+、-之分,无+、-之分,区别,3P电子云的径向分布示意图,电子云轨道中云层最密的区域。,轨道与电子云的区别:,原子轨道特定能量的电子在核外空间出现最多区域;,注意: 电子云中一个
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 原子结构基础 原子结构 基础 PPT 课件
链接地址:https://www.31doc.com/p-3531310.html