原子的结构和性质.pptx

第二章

原子的构造和性质;原子的有核模型：

卢瑟福(E．Rutherford)提出有核原子模型。他认为原子的中心有一种带正电的原子核，电子在它的周边旋转，由于原子核和电子在整个原子中只占有很小的空间，因此原子中绝大部分是空的。;原子的直径约为10－10m，电子的直径约为10－15m，原子核的直径约在

10－16m~10－14m之间。电子的质量极小，原子的质量几乎全部集中在核上。;卢瑟福的学莫塞莱研究X射线谱，发现X射线频率(υ)的平方根与元素的原子序数成直线关系：

式中Z是原子序数，a、b是常数。根据莫塞莱定律能够测定元素的原子序数。;2.1类氢原子体系的薛定谔

方程及解

;氢是化学中最简朴的物种，也是宇宙中最丰富的元素，在地球上丰度居第15位，无论在矿石、海洋或全部生物体内，氢无所不在。

氢往往被放在碱金属上方，在极高压力和低温下可变为金属相。;氢能形成介于共价键与范德华力之间的氢键。氢键能稳定生物大分子的构造，参加核酸功效，对生命系统起着至关重要的作用。

没有氢键就没有DNA的双螺旋构造。;2.1.1类氢原子体系薛定谔

方程的建立

;势能函数：;类氢原子的薛定谔方程：;;通过坐标变换，将Laplace算符从直角坐标系(x,y,z)换成球坐标系(r,θ,ф):;由右图很容易得出θ,φ的取值范畴：

0θπ

0φ2π;球坐标系薛定谔方程:;运用分离法变量法使ψ(r,θ,φ)变成只含一种变数的函数R(r)、Θ(θ)和Φ(φ)的乘积:;;于是：;;;解出Φ(φ)方程后，再解出R(r)和Θ(θ)方程，可得到类氢原子的态函数ψ(r,θ,φ)：;m（磁量子数）：求解Φ(φ)方程得到，m的取

值为：m=0,±1,±2,…±l

l(角量子数）：求解Θ(θ)方程得到，l的取

值为：l=0,1,2,3,…n-1

n(主量子数)：求解R(r)方程得到，n的取

值为：n=1,2,3,…;2.1.4类氢原子的态函数;径向态函数;2.简并态及简并度：;2.1.5原子轨道;建立薛定谔方程;2.2多个量子数的物理意义;对于类氢原子的一种电子需要三个量子数n,l,m来完全拟定它绕核运动的状态。它们的取值分别为：

n=1，2，3，4，…

l=0，1，2，3，…，n-1

m=0，±1，±2，±3，…，±l;n=1l=0m=0

n=2l=0m=0

l=1m=0，＋1，－1

n=3l=0m=0

l=1m=0，＋1，－1

l=2m=0，＋1，－1，＋2，－2;二、角量子数l;三、磁量子数m;由此可知，原子轨道角动量在z方向上的分量Mz也是量子化的。m决定了Mz的大小，而z方向就是磁场方向，因此m称为磁量子数。;;2.角量子数l：

决定电子的轨道角动量绝对值M的大小，其取值为：0，1，2，…，n-1。;决定电子的轨道角动量在磁场方向上的分量Mz，其取值为：

0，±1、±2，…，±l。;决定自旋角动量在磁场方向的分量Msz，其数值能够是+1/2或-1/2。;n=1，2，3，…，nnl

l=0，1，2，3，…，n-1l≥m

m=0,±1,±2,…±l，

ms=±1/2;当n=1时，l可取0,即为s

当n=2时，l可取0,1,即为s,p

当n=3时，l可取0,1,2即为s,p,d;2.3类氢原子的原子轨道