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2003-3-10工程化学教研室1物质结构基础

2003-3-10工程化学教研室2一氢原子光谱和玻尔理论1氢原子的光谱在可见光区有五条明线里德堡用一公式归纳：ν=3.29×1015()s-1n1n2(正整数)5.1氢原子结构的近代概念

2003-3-10工程化学教研室32玻尔氢原子模型能量最低的定态叫基态，能量较高时叫激发态。此时电子运动的:轨道半径r=n2ao电子能量(1)电子绕核做圆形轨道运动，有一定能量，称定态。ao核外，不同的轨道有不同的能量（不同定态）这些能量是不连续的。这些不连续的能量值称能级。

2003-3-10工程化学教研室4⑵原子接受能量后，由一种定态(E1)激发到另一种定态（E2）。激发态不稳定，瞬时恢复到基态(或能量较低的定态)—跃迁，同时辐射出光子。光子的能量为二定态能量之差：hν=E2-E1由此可算得：ν=3.29×1015()s-1n=1.2.3.4.5…(正整数）—量子数

2003-3-10工程化学教研室51核外电子运动的特殊性质量极小，速度极大的电子，其运动完全不同于宏观物体,不遵守经典力学规律(2)波-粒二象性。德布洛依提出：“半径”量子化。即：E=-21.8×10-18/n2J即:r=a0n2实物粒子具有波性。(1)量子化特征。包括能量量子化；5.2原子结构的近代概念他给出了一个德布洛依关系式：这种实物粒子的波称物质波又称德布洛依波。

2003-3-10工程化学教研室6例如：一个电子m=9.11×10-11gυ=106m.s-1按德布洛依关系此电子λ=727pm此λ值与x-射线的相同。电子衍射实验证实了德布洛依波的存在。(3)统计性。电子的波性是大量电子(或少量电子的大量)行为的统计结果。所以:物质波是统计波。

2003-3-10工程化学教研室7电子衍射实验示意图定向电子射线晶片光栅衍射图象

2003-3-10工程化学教研室82波函数与原子轨道对于电子波，薛定谔给出一个波动方程:解此方程可得：①系统的能量E；波函数ψ。ψ是描述电子运动状态的数学函数式。如：其中，?为波动函数，是空间坐标x、y、z的函数。E为核外电子总能量，V为核外电子的势能，h为普朗克常数，m为电子的质量。

2003-3-10工程化学教研室9波函数变换为球面坐标：x=rsinθcosφ

y=rsinθsinφ?z=rcosθ?r2=x2+y2+z2球面坐标变换rsin?zxy?P(x,y,z)z=rcosθx=rsinθcosφy=rsinθsinφφθr

2003-3-10工程化学教研室10在整个求解过程中，需要引入三个参数，n、l和m。结果可以得到一个含有三个参数和三个变量的函数?=?n,l,m(r,?,?)由于上述参数的取值是非连续的,故被称为量子数。当n、l和m的值确定时，波函数(原子轨道)便可确定。即：每一个由一组量子数确定的波函数表示电子的一种运动状态。由波函数的单值性可知，在一个原子中，电子的某种运动状态是唯一的，即不能有两个波函数具有相同的量子数。n,l和m的取值必须使波函数合理(单值并且归一)。结果如下：n的取值为非零正整数，l的取值为0到(n–1)之间的整数，而m的取值为0到l之间的整数。

2003-3-10工程化学教研室11解此方程时自然引入三个量子数：n、l、m.只有它们经合理组合,ψnlm才有合理解。3量子数的物理意义⑴量子数的取值和符号nlm(主量子数)(角量子数)(磁量子数）1.2.3.…∞0.1.2.…(n-1)0±1±2..±lK.L.M.Ns.p.d.fψnlm称原子轨道(不是轨迹!)。

2003-3-10工程化学教研室12⑵量子数的意义n电子的能量；n的值越大，电子能级就越高;电子离核的平均距离。—电子层的概念l原子轨道的形状:s—球形；p—双球形，等在多电子原子中影响能量—电子亚层的概念

2003-3-10工程化学教研室13m原子各形状轨道（电子云）在空间的伸展方向数（每一个m值，对应一个方向）.除s轨道外,都是各向异性的.m值不影响能量。n、l相同,m不同的原子轨道称简并轨道。此外，还有自旋量子数—ms：取值：符