无机化学：chapter 4 物质结构

功解释了氢原子光谱，计算数值 与光谱实验完全一致。
2. 局限性： (1) 不能说明多电子原子的光谱，甚至不能说
明氢光谱的精细结构。 (2) 它对能级的描述很粗略，只有一个量子数。 (3) 更不能解释原子如何形成分子的化学健的
本质。
3. 原因： 这是因为玻尔理论并未完全冲破经典力学理 论的束缚，仍然把微观粒子(电子)在原子核 外的运动视为太阳系模型那样沿着固定轨道 绕核旋转。
由上表可知，当波长λ大于实物粒子直径才表现波动性。
可见，对于较重的宏观物体，其物质波极 短，不能察觉，波动性可以忽略，但对于 电子、质子、中子、原子、分子等微观粒 子，因波动性显著，就必须考虑其波动性， 也就是说，微观粒子都具有波粒二象性。
1927年，Davisson(戴维逊）、Germer(革末)通 过电子衍射证实了de Broglie（德布罗伊）的 假设，说明了电子和光子一样具有波动性。
值的平方，即|ψ|2 = dp/dv 。
4. 波函数 wave farction
1926年，SchrÖdinger（薛定谔）根据波粒二 象性的概念提出了描述微观粒子运动的基本方程 ─ 薛定谔方程。
１） Schröndinger 方程
该方程是一个二阶偏微分方程。
2
x2
2
y2
2
z2
8 2m
h2
如：1s 称为1s轨道 , 2p称为2p轨道等。
3）波函数(原子轨道)的空间图象
（１） 波函数角度分布图：
2,1,0
4
1 2π
15 ( )2
a0
r
re
a0
cos
r
R(r) re a0
为径向部分 ，
Y ( , ) cos θ 为角度部分 。
根据Y(, ) ~ (, ) 可以画出波函数的 角度分布图：
道-阿 Rutherford
玻尔氢原子模型
量子论
量子力学
普朗克
1. 玻 尔 理 论
1) 核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上 运动，且不辐射能量。
2) 通常，电子处在离核最近的轨道上，能量最 低—基态;原子得到能量后,电子被激发到高 能轨道上，原子处于激发态。
3) 从激发态回到基态释放光能 ，光的频率取决 于轨道间的能量差。 ΔE =E2 – E1= h
4. 发展：玻尔理论被量子力学所代替。
2. 微观粒子的运动特性
1) 波粒二象性 （wave-partical parallelism） 1924 年， de Broglie提出了静止质量不为 零的微观粒子具有波粒二象性的假设。并
预言具有动量 P 的微观粒子，其波长为，
h
p
p = m m─质量
─速度
3. 概率（几率）和概率密度
1) 具有波动性的微观粒子不再服从经典力学规律, 它的运动没有确定的轨道，只有一定的空间几 率分布，遵循测不准关系,故对微观粒子的运动 状态只能采用统计的方法，做出几率性的判断。
2) 概率（几率）：电子在核外空间某区域出现机 会的大小。
3) 概率（几率）密度：电子在核外空间某处单 位微体积内出现的概率，它等于波函数绝对
第四章 物质结构
—原子结构、分子结构
Structure of materials
本章学习重点：
四个量子数；核外电子的排布；元素 性质变化的周期性；价键理论；杂化 轨道理论及其应用；分子间作用力和 氢键。
本章学习难点：
核外电子运动状态的描述；电子排布的 特例；杂化轨道理论和分子空间构型。
4.1 物质结构理论发展简介
－
－
x
形
－
+
d x2－y2
d z2
f 原子轨道角度空间分布图
（２）电子云的角度分布图：
电子云：电子在核外空间几率密度||2
分布的形象化描述。
电子云图：用小黑点的疏密来表示电子
在核外空间几率密度分布的具体图像。
基态氢原子电 子云呈球状，如 右图所示。注意， 对于氢原子来说， 只有一个电子， 图中黑点的疏密 只代表电子在某 一瞬间出现的可 能性。
(
E
V
)
0
—波函数： 描述原子核外电子运动状态的一个数学函数式
E—体系的总能量 V—体系的势能
m—微粒的质量
h—普朗克常量
x、y、z—微粒的空间坐标
2） 波函数与原子轨道
波函数是描述微观粒子在核外三维空
间的一种运动状态的数学表达式
波函数的每一个合理的解代表体系中电
子的一种运动状态，具有相应的能量 E， 称为一条原子轨道。
各种波函数的角度分布图
s 轨道角度部分剖面图
s
z
+ x
特点：球面对称分布，无方向性
p 轨道角度部分剖面图
px z
py
z
－+ x
－
+
y
z pz
+ x
－
特点：相交于原点的两个橄榄型曲面，有方向性
d 轨道角度部分剖面图
dxy y
z
dxz
z
dyz
－+
x +－
y
－+
－+
x
y
+－
z+ －
四 花
－
+
瓣
+
+x
粒子 m/kg
υ/m.s-1
1V电子 9.1×10-31 5.9×105
λ/m 1.2×10-9
近 似 直 波动性 径/m
10-15
显著
氢原子 枪弹
1.6×10-27 1.0×103 1.0×10-2 1.0×103
4.0×10-10 10-10 6.0×10-35 ~10-2
尚显著 无
垒球
2.0×10-1 3.0×10 1.1×10-46 ~10-1 无
这种波称为物质波（de Broglie波）
X射线衍射图
电子射线衍射图
2) Heisenberg测不准原理 (uncertainty principle) 微观粒子具有波粒二象性，就不可能同时准
确确定它们在瞬间的位置和速度(或动量)。
x Px h (不确定关系式)
x为微观粒子在x轴方向的位置（或坐标）测不准量；
19世纪 原子-分子论
道-阿
20世纪 经典原子模型 Rutherford
氢原子光谱
Hδ Hγ 410.2 434.0
Hβ 486.1
7.31 6.91
6.07
c
Hα 656.3
4.57
/nm ( 1014 ) /s 1
光速 c 2.998108m s1
19世纪 原子-分子论 20世纪 经典原子模型
px为动量在x轴方向的测不准量；h为Planck常量。
海森堡的测不准原理是宏观与微观的判别式。
3) 量子化特征
微粒的组成或物理量的变化是跳跃式的，－ 份－份的，如Na+比Na少－个电子， Mg2+比 Mg少二个电子，又如黑体辐射能E的变化只能
是以最小能量单位h(量子)为单位，－份－份 的增减，而不能连续变化(即 E= h , E=2 h , E=3 h ）所以黑体辐射能变化是量子化的。