大学化学原子结构

0
1
1 2p
+1, 0, -1
3
4
0 3s
0
1
3 1 3p
+1, 0, -1
3
9
2 3d
+2, +1, 0, -1, -2
5
0 4s
0
1
4 1 4p
+1, 0, -1
3
2 4d
+2, +1, 0, -1, -2
7
16
3 4f +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 9
4、自旋量子数(ms) 电子在作自旋运动时，有两个相反的方向，用自旋量子数 ms表示，它只有两个值+1/2和-1/2，通常用箭头表示。，。
一、氢原子光谱
1、形成：将低压H2置于放电管中，在其两端通以高压电流，使 H2 H 原子（基态） H 原子（激发态）， 然后
以光的形式辐射出光谱。
2、氢原子光谱的规律： （1）氢原子光谱是线状光谱； （2）各条谱线的λ、υ是不均匀的，但存在一定的规律。
二、玻尔理论（1922）
（一）普朗克的量子化理论（1918） 1900年，普朗克首先提出了著名的，当时被誉为
2
2x
2
2 y
2
2z
8 2m
h2
(
E
V
)
0
这便是著名的薛定谔方程式，式中：E是体系的总能量；V是 体系的势能；m为微粒的质量。
二、波函数和原子轨道
（1）波函数：解薛定谔方程所得出的ψ是一系列的函数 表达式而不是一个个数值，称ψ为波函数，它并没有实际 的物理意义。
ψ是描述原子核外电子运动状态的数学函数式，是空 间坐标（X，Y，Z）的函数。
2、熟悉s、p、d原子轨道和电子云的形状和伸展方向。 3、重点掌握周期系内各元素原子的核外电子层结构的特 征，并结合原子参数，熟悉元素性质周期性变化规律。
光是一种电磁辐射，光以能量或波长顺序排列得到的光谱。
原子光谱是线光谱；分子光谱是带光谱；由炽热的物质所 辐射的光谱是连续光谱。
光或辐射的能性质和原子、电子等微粒的性质之间有着密 切的联系。
n 决定原子轨道的大小和主要决定电子的能量;
l 决定原子轨道的形状，同时也影响电子的能量; m 决定原子轨道在空间的伸展方向; ms 决定电子的自旋。
四、原子轨道的角度分布图和径向分布图
式中：
(r,,) = R(r) •Y(，)
Y(,) 只 与 两 个 角 度 有 关 ， 所 以 称 Y(,) 为 角度分布函数；
Y2py
y
x
Ypy
+
z x
Y2px z
z +
x -
Y2pz z
x
x
Ypx
Ypz
d轨道：
-+ +-
-+ +-
-+ +-
Ydxy y
Ydyz z
Ydxz z
Yd z2 z
x
y
x
x
Y2dxy
Y2dyz
Y2dxz
Y2dz2
++
Ydx2-y 2
y
x
Y2dx2-y 2
五、几率密度和电子云
1、几率：电子在核外空间某区域内出现的机会 多少称为几率。
E1S ＜ E2S ＜ E3S ＜ E4S 当 n 相同，l 不同时，其能量关系为：
E4S ＜ E4P ＜ E4d ＜ E4f 由不同的n和 l 组成各分层其能量必然不同， 从能量的角度上看，这些亚层称为能级。
3、磁量子数(m)
磁量子数(m)确定原子轨道在空间伸展的方向。m的数值受l 值 的限制，m=0,±1, ±2,….. ±l，所以当l 确定后，m可有 2l+1个值。
a). 由于Y1(整个区域的总和），因此Y2一定小于Y，故电子 云的角度分布图要比原子轨道角度分布图“瘦”些；
b). 原子轨道角度分布图有正有负，而电子云角度分布图都 是正值，这是因为Y2总是正值。
S轨道：
（2）电子云的径向分布 电子云的径向分布可用径向密度函数R2(r)表示，以R2(r)对r
作图，表示任何方向上， R2(r)随r变化情况。 电子云的径向分布曲线只有正值。 不同类型的电子云径向分布图的形状和高峰的数目不相同。
R(r)只与电子离核半径（核距离）有关，称 R(r)为 径向分布函数。
波函数的角度分布图：
电子云的角度分布:将角度波函数Y的绝对值的平方│Y│2作图,就是电子云的 角度分布图,它与角度波函数图形状相似但瘦些，电子云角度分布图没有正负 号。
波函数的角度分Y布和电子云的角度分布Y2
P轨道： y
+ x
处于激发态的电子是不稳定的，能以辐射的形式释放出多 余能量并回到基态。
因为电子的能量与辐射能的频率成正比， 即： E = h 所以： E2 - E1= E = h
= (E2 - E1) / h 式中h为普朗克常数6.62610-34JS，E的单位为J。
玻尔理论的局限性： 1. 不能说明多电子原子光谱的规律和特征； 2. 不能解释氢原子光谱的精细结构。
（2）原子轨道：在量子力学中，把原子体系中的每一个 这种波函数叫原子轨道，代表微粒的一种运动状态，是一 种概率的量度。
波函数ψ和原子轨道是同义词，用ψ（X，Y，Z）表示。具体 应用时，应注以量子数下标。
Ψn,l,m（X，Y，Z）合理地描述了核外电子运动状态。 它是薛定谔方程的特定解。
三、四个量子数
n 123456
光谱符号
KLMNOP
（3）n是决定电子能量高低的主要因素。
对于单电子原子（或离子）来说：n 值越大，
电子的能量越高。
z2
En = -2.18×10-18
n2
2、角量子数(l) 对于给定的n 值，l 只能取小于n 的整数。
l = 0，1，2，3，4，……（n - 1）
确定原子轨道的形状并在多电子原子中和主量子数 一起决定电子的能级
§1.1 概述
§1.2 核外电子运动状态的描述 §1.3 多电子原子的能级 §1.4 多电子原子的核外电子排布规则 §1.5 原子的电子构型和周期律 §1.6 主要的原子参数及其变化规律
基本要求：
1、从氢原子光谱了解能级的概念。了解原子核外电子运 动的近代概念。掌握四个量子数对核外电子运动状态的描述。
l 值 磁量子数 m 值 00 1 -1, 0, +1 2 -2, -1, 0, +1, +2 3 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3
当l = 0 ， m = 0，这说明S电子层中只有一个轨道；
当 l=1 ， m= +1 ， 0 ， -1，p 轨道有三种取向，原子 轨道沿着直角坐标的x, y, z 三个轴的方向伸展，分别称为 px ；
E = n hυ
(二 ) 玻尔理论(三个假设)
1、定态轨道的假设：原子中的每个电子，都是围绕原子核在一 个固定的、有一定能量和有特定半径的定态圆形轨道上运动的。 每个轨道表达（描述）了原子中电子的一种固定的运动状态。
2、轨道能量的假设：轨道能量符合量子化特点。轨道所具有的 能量随轨道离核距离不同而不同。离核越远的轨道能量越高。
它们电子云的取向不同，但它们的能量却是相同的， 这样的轨道称为等价轨道或简并轨道。
主量子数n ————电子层； 角量子数l ————电子亚层； 磁量子数m ————原子轨道的伸展方向。
不同量子数与原子轨道之间的关系
量子数与原子轨道的关系如下：
n l 轨道
m
分轨道数 总轨道数
1 0 1s
0
1
1
2 0 2s
0 -0.872 -1.36 -2.42
-5.45
-21.79
氢原子轨道能级示意图
7 6
红
5
外 光
4
区
谱 线
3
2
紫 外 光 区 谱 线
1
三、波粒二象性：核外电子运动的特性
1、光子的二象性：20世纪初人们根据光的干涉、衍射和光电效
应等大量实验认识到光既有波动的性质，又有微粒子的性质，即 光的波粒二象性。
py ；pz 。
当l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2, 说明对应的d原子轨 道有五种取向，即dxy, dxz, dyz, dx2-y2 和dz2。
同理：当l = 3, 则m=+3, +2, +1, 0, -1, -2, -3，说明 f 原子轨道有七种取向。
等价轨道和简并轨道 在相同的亚层( l 值相同)中的不同轨道，虽然
物理学上一次革命性的量子化理论。
该理论的核心内容是：
物质吸收或发射能量是不连续的，而是量子化的。即：
E = hυ
式中： E：光子的能量； υ：光的频率； h: 普朗克常数 （h = 6.6262×10-34 J .S）
物质的能量就是以这样一个能量单位一份一份地（或按照这 个能量单位的整数倍n）辐射或吸收，因而是不连续的。即上式 也可写成
1、主量子数(n)
物理意义：决定核外电子的能量和电子离核的平均距离 （1）电子离核的平均距离最近的一层即第一电子层，用n = 1 表示，余此类推，可见n越大电子离核的平均距离越远。
电子层：在一个原子内，具有相同主量子数的电子，近乎在 同样的空间范围运动，这一范围称电子层。
（2） 主量子数也可用光谱符号K, L, M, N…表示。
ms = ±1/2
1921年，斯脱恩(Otto Stern)和日勒契(Walter Gerlach)将原子束（H原子或碱金属原子）通 过一个不均匀磁场，原子束一分为二，偏向 两边，证实了原子中未成对电子固有磁矩的