原子结构和分子结构PPT课件

34 J ·s。
1905年，爱因斯坦提出了光子学说，圆满地解释 了光电效应。—— 光的波粒二象性。
光子能量 εhν
光子质量 m hνc2
动量 pmchν h cλ
光的强度取决于光子密度。
能量像粒子一样是不连续的，具有最小的分立 的能量单位——量子 物质吸收或者发射的能量总是量子的整数倍 光的能量最小单位——光子 电量的最小能量单位——电子 量子理论只在微观世界有意义
第六章 原子结构和分子结构
第一节 原子结构 第二节 分子结构 第三节 氢键
整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
教学要求
掌握核外电子运动的特殊性——波粒二象性 掌握波函数、原子轨道、电子云的概念及意义 掌握描述核外电子运动特征的四个量子数 掌握原子轨道的角度分布图 熟悉多电子原子原子轨道近似能级图 掌握多电子原子核外电子排布规律及电子排布式 掌握共价键的本质、特征和类型 掌握现代价键理论、杂化轨道理论 掌握氢键的形成、特征和类型
3. 电子的运动状态可用波函数 和其相应的能量来描 述。波函数 是薛定谔方程的合理解，ψ 2 表示概率密
度。
4. 每一 对应一确定的能量值，称为“定态”。电子的
能量具有量子化的特征，是不连续的。基态时能量最小， 激发态的能量高。
一、量子数和氢原子的波函数
➢ 量子数
薛定谔方程的解为系列合理解，每个解都有一定
结 论：
电子的波动性和电子运动的统计性规律联系在一起
电子波是概率波
反映了电子在空间各区域出现的概率大小
电子运动的特征：
1. 电子具有波粒二象性，它具有质量、能量等粒子特 征，又具有波长这样的波的特征。电子的波动性与其 运动的统计规律相联系，电子波是概率波；
2. 电子等微观粒子不能同时测准它的位置和动量，不存 在确定的运动轨道。它在核外空间出现体现为概率的大 小，有的地方出现的概率小，有的地方出现的概率大
2. 量子化假设：在一定轨道上运动的电子具有一 定的角动量和能量，这个角动量和能量只能取某些 量子化的条件所决定的数值。
Ln h 2π
E
2.18 1018
Z2 n2
(J)
13.6
Z2 n2
(eV)
n＝1, 2, 3, 4, 5 ‥ ‥ ‥，称为量子数
3. 跃迁规则：电子吸收光子就会跃迁到能量较高 的激发态，反之，激发态的电子会放出光子，返回 基态或能量较低的激发态；电子吸收或放出光子的 能量为跃迁前后两个能级的能量之差。
1913 年，丹麦物理学家玻尔（Bohr）在牛顿力学 的基础上，吸收了量子论和光子学说的思想，建立了玻 尔原子模型。(定态同心圆模型)
玻尔的氢原子模型
1.定态假设：核外电子运动 有一定的轨道，在此轨道上运 动的电子既不放出能量也不吸 收能量。称为定态。
能量最低的定态称为基态 能量高于基态的定态称为激发态
放射性理论的提出
天然放射性物质都能 放射出几种不同的射线， 这些都是源自于核裂变， 从而证明原子是可分的
居里夫人
电子的发现
第一节 原 子 结 构
玻尔理论的基础
能量量子化和光子学说－20世纪初
1900年，普朗克（Planck）提出了能量量子化的
概念。他认为黑体辐射频率为 的能量是不连续的， 只能是h 的整数倍。h称为普朗克常数，6.626×10-
h h p m
三年后，假设由电子衍射实验证实。
电子衍射实验
a
单个电子穿过晶 体投射在屏幕上
b
c
多个电子穿过晶 体投射在屏幕上
电子衍射图
X射线衍射图
电子衍射图
如何理解电子衍射图
统计解释：用弱的电子流使电子一个个地通过晶 体光栅或者使某个电子反复通过晶体光栅而到达底 片，长时间后，也有相同的衍射图形。说明电子衍 射不是电子与电子之间相互作用的结果，而是电子 本身运动所具有的规律性，而且是和大量的电子的 统计性联系在一起的。所以电子波又称统计波或概 率波(几率波)。
原子结构的认识史
古代哲学思想
公元前四百年，古希腊卓越的唯物论者德谟克利 特提出万物由“原子”产生。“原子”即不可分之意
十九世纪末，科学上一系列的发现，打破了原子不 可再分的观点，人们对物质结构的认识又进入了一个 新的阶段。
1895年 X射线的发现
伦琴
天然放射性的发现，1896年 法国 贝克勒尔
一般记成： ψn,l,m (r, θ, φ)
（一）主量子数(n)

❖主量子数 n 反映了电子在核外空间出现概率最大的 区域离核的远近，这些区域俗称为电子层，是决定核 外电子能量的主要因素。
❖ 取值：非零正整数，即n＝1、2、3、……
❖ n 值相同的电子称为同层电子。
❖ 当 n＝1、2、3、4……时，相应用光谱学符号K、 L、M、N……来表示
E2
E1
hν
2.18
1018
Z
2
(
1 n12
1 n22
)(J)
成功解释氢原子光谱及类氢离子光谱。误差在千分之 一以下。
但在解释多电子原子时，却遇到了难以解决的因难
玻尔理论的优缺点
优点： ❖ 指出原子结构量子化的特性 ❖ 用量子化解释了原子结构和氢光谱的关系
缺点： ❖ 未能完全摆脱经典物理的束缚 ❖ 无法解释多电子系统和原子光谱的精细结构
的能量与其对应，同时每个解 都要受到三个常数(n,
l, m)的规定，即为量子数。
量子数是一些不连续的、分立的数值，它的增减只
能是 1 的整数倍，体现了某些物理量的不连续变化 ，
称为量子化。
n、l、m是求解薛定谔方程中的自然体现
n、l、m的取值和组合一定时 才能合理存在，因此
三个合理量子数取值的组合就可以确定一个波函数
❖ 对于单电子原子，n是决定其电子能量的唯一因素
E
2.18 1018
Z2 n2
(J)
13.6
Z2 n2
(eV)
（二） 角量子数(l)
❖ l 决定原子轨道和电子云的形状 ❖ 在多电子原子中配合主量子数n一起决定电子的能量 ❖ 取值：l＝0、1、2、3……(n-1)，共可取 n 个值 ❖ 同一电子层中的电子可分为若干个能级(亚层)，l 决 定了同一电子层中不同亚层 ❖ n, l相同的原子轨道称为简并轨道或等价轨道
对于原子中电子运动的描述，要在新的量子力学出 现后，才能得到和实验结果相符合的结果。
相对于量子力学，1900-1925年，称为旧量子论阶段
量子力学的基础是：波粒二象性、测不准原理和薛 定锷方程。
—— 核外电子运动状态的现代概念
量子力学概念
1. 微观粒子的波粒二象性 — 物质波 1924年，德布罗意 电子等微观粒子与光一样具有波粒二象性