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重要暗示——不可能存在Rutherford和Bohr模 型中行星绕太阳那样的电子轨道
直角坐标( x,y,z)与球坐标 r,,的转换
x r sin cos y r sin sin z r cos r x2 y2 z2
Ψ Ψ x ,y ,z r ,,R rY,
测不准关系不是限制人们的认识限度,而是 限制经典力学的适用范围,说明微观体系的 运动有更深刻的规律在起作用,这就是量子 力学所反应的规律.
氢原子的基态
1 总能量 2 波函数
E
2.1791018 n2
J
E1s 2.1791018 J
Ψ r , , R r Y ,
径向部分 角度部分
: R r 2 1 e r / a 0
a3 0
: Y , 1
4
Ψ r , , Βιβλιοθήκη 1 e r /a0 a 3
0
Rr 2 1er/a0
令D : (r)24r2
氢原子的激发态
1 2s态:n=2, l=0, m=0
E -2 .1 7 1-9 10 8 -0 .54 1 4 -10 J 98
2s
2 2
2s[
81a03(2-ar0)e-r/2a0]
1 4π
1 =
1 (2- r )e-r/a0
4 2a03
a0
2 2p态:n =2 , l =1 , m = +1,0,-1
●综上所述,具有波粒二象性的电子,已 不再遵守经典力学规律,它们的运动没有 确定的轨道,只有一定的空间几率分布, 遵守测不准原理。
n, l, m 一定,轨道也确定
0
1
轨道 s
p
例如: n =2, l =0,
2 d m =0,
3…… f……
2s
n =3, l =1, m =0, 3pz n =3, l =2, m =0, 3dz2 思考题: 当n为3时, l ,m,分别可以取何值? 轨道的名称怎样?
第八章 原子结构
氢原子结构 多电子原子结构 元素周期律
氢原子结构
氢原子光谱与Bohr理论 电子的波粒二象性 SchrÖdinger方程与量子数 氢原子的基态 氢原子的激发态
氢原子光谱与Bohr理论
1 光和电磁辐射
氢原子光谱
氢原子光谱特征:①不连续的,线状的. ②有规律
v3.289 1105 (212n12)s1
主量子数n: 1 与电子能量有关,对于氢原子,电子能 量唯一决定于n;
E2.17n 9 210 18J
2 不同的n值,对应于不同的电子壳层: 1 2 3 4 5…….. K L M N O……...
角量子数l: 1 与角动量有关,对于多电子原子,
l 也与E有关。 2 l 的取值 0,1,2,3……n-1
6.6261034
J
s
3.2891015
(
1 n12
1 n22
)s-1
2.
17910-18
(
1 n12
1 n22
)J
R
H
(
1 n12
1) n22
RH: Rydberg常数
EEE1 hv v3.2891015(1 1 )s-1
12 2
Eh3.28911 05s-1RH 2.17910 18JI1
E E En hv
h 3.289
10 15
1 n2
1 2
s
-1
2.`179 10 18 J / n 2
En
2.179 10 18 n2
J
电子的波粒二象性
1924年:Louis de Broglie认为: 质量为 m ,运动速度为v 的粒子,
相应的波长为:
h / mv h / p
以 2pz为(m 例 0)
2pz [ 21a 40 3(ar0)e-r/2a0][43 πco]s
h 6.6261034J s P la nc k常量
1927年,Davisson和Germer应 用Ni晶体进行电子衍射实验,证实 电子具有波动性。
SchrÖdinger方程与量子数
1 SchrÖdinger方程
2Ψ
x 2
2Ψ
y 2
2Ψ
z 2
8π 2 m h2
E
V
Ψ
Ψ : 波函数
E : 总能量
s, p, d, f…... 3 l 决定了ψ的角度函数的形状。
磁量子数m
1 与角动量的取向有关,取向是量子化的; 2 m可取 0,±1, ±2……±l 3 m值决定了ψ角度函数的空间取向
s轨道(l = 0, m= 0) p轨道(l = 1, m = +1, 0, -1)
d 轨道 (l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2)
f 轨道( l = 3, m = +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 )
海森堡的不确定原理
Δx ·Δp≥h/(4π)
如果我们能设计一个实验准确测定微 粒的位置, 那就不能准确测定其动量, 反之亦然.
如果我们精确地知道微粒在哪里, 就不能精确地知道 它从哪里来, 会到哪里去;如果我们精确地知道微粒在 怎样运动, 就不能精确地知道它此刻在哪里.
V : 势能
m : 质量
h : Planck 常数
x , y , z : 空间直角坐标
2 四个量子数
(1) 主量子数 n
n=1, 2, 3,……
(2) 角量子数 l l0,1,2,.n ..1
(3) 磁量子数 m
ml,..0 ....... .l..,
(4) 自旋量子数 ms
ms
1, 2
ms
1 2
a03
a0 52.9pmBohr半径
径向部分
r 0
R 0 2
1
a
3 0
r R 0
角度部分
Y ,
1 4π
Ψ1sr,, 是一种球形对称分布
3 波函数的物理意义 Ψ:描述原子核外电子运动的方式 Ψ2 :原子核外发现电子的几率密度
径向分布函数D(r)
概率2d
d 空间微体积
d4r2dr 概率 24r2dr
h
E: 轨道的能量 ν:光的频率 h: Planck常数
Balmer线系
v3.289 1105 (212n12)s1
n = 3 红(Hα) n = 4 青(Hβ ) n = 5 蓝紫 ( Hγ ) n = 6 紫(Hδ )
原子能级
v3n.22 8 n191105(n112n122)s-1
E hv
n= 3,4,5,6
v3n.22 8 n191105(n112n122)s-1
3 Bohr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)通常保持能量最低------基态
(3)获能量激发------激发态
(4)从激发态回到基态释放光能
h E2 E1 E2 E1