单电子原子结构共182页文档

E E E
2
r
ls
氢原子2 p态能级的分裂
能级的精细结构nlj nlj之间的跃迁 形成了谱线的精细结构
单电子跃迁的选择定则
l l l 1 j j j 0, 1 j 0 j 0跃迁是不允许的
知道了能级，就可按选择定则考虑可能的跃迁， 从而知道应该有怎样的光谱线结构
赖曼系：v%
n4
( l
n 1/ 2
3) 4
0l(n1)
Rhc 2Z 4
n4
3 ( 8n 1) 4 6n 3
0
n3
l 0 l 1 l 2
H
n2
三、自旋—轨道相互作用产生的能量
Rhc 2Z 4
J *2 L*2 S *2
ELS n3l(l 1 2)(l 1)
2
En 2
Z2 n
j( j 1) l(l 1) s(s 1) 2l(l 1 2)(l 1)
n 3 l 2,1,0 j 5 2,3 2,1 2 分裂成三条能级
n 2 l 1,0 j 3 2,1 2 分裂成两条能级
对氢原子精细结构的计算实质上是狄拉克的相对论量子 力学理论的近似，很好地说明了氢原子光谱的精细结构
n2 l 1
E 2
E E
2
r
n2 V2
( Ze2 )2
40
1 r2
Ze2
40
(l
1 1/ 2)n3
( Z )2 a0
En2
2EnV
V 2
(
Ze2
40
)2
(
Z a0
)2[(
1 2n2
)2
1 2 2n2
1 n2
(l
1 1/ 2)n3 ]

1 = -B E n n
2
B = 13.6 ev =2.179×１０－１８J ）
讨论： 1。由式可见，n越大，原子轨道的能量越高。 2。因为涉及能量E的计算公式中，并不包含角量子数l和磁量 子数m，所以同一电子层内的所有原子轨道的能量都是简并的。 3。单电子体系原子轨道的能级顺序如下：
二、多电子原子的结构 （一）原子的电子组态
(二）原子的电子光谱项和电子光谱支项
（一）原子的电子组态 1. 原子的电子组态的表示形式
2．多电子原子核外电子的排布原则
3． 原子核外电子的排布顺序 4．原子的电子组态
1.原子的电子组态的表示形式
原子的电子组态是原子核外电子能量状态的一种表示形式 直接用原子核外的电子排布式所表示。 例如:Na原子的电子组态为：
• 徐光宪的方法不仅考虑到了同层的不同轨道的差异， 而且还考虑了轨道上电子数的影响，比 Slater 的方法 更精确。
法三、克里门蒂 (Clementi)和雷蒙弟 (Rai-mondi)公式 1963 年 Clementi 和 Ruimondi 使用氢到氪的自洽场波函数，对 Slater的方法进行再次改进，得到一套有效电荷的计算通式，， 等号左边括号内的轨道表示被屏蔽的电子 i所处的轨道，等号 右边的轨道符号（如 3s、 3p、 3d ）表示不同轨道上产生屏蔽 的电子 j的电子数目，所以 Clementi和Ruimondi的方法，对外 层电子j的影响也予以考虑。 例如 1S：
E1s E2s E2 p E3s E3 p E3d E4s E4 p E4d E4 f
量子力学模型与玻尔的原子结构模型有着本质的区别： 1．量子力学模型可以解决多电子原子问题，而玻尔理论对多 电子原子无能为力。

sin m
2C C ( m m ) cos m 2 i2D D ( m m ) sin m 2
② 定态能级假设；
1922年获诺贝尔奖
③能级间跃迁的频率条件。 局限性 ①用经典理论推出电子有固定轨道、确定的空间坐标 和速度 ② 人为引进量子条件，限制电子运动 ③只能解释H及类H原子，也解释不了原子的精细结构 不能自洽。对稍微复杂些的系统，如氦和碱土金属的 光谱（谱线的强度、宽度、偏振）等均无法解释 。
2、单电子原子Schrö dinger方程的球极坐标表示式
p 为了进行变数分离，便于直接 求解方程式，要进行直角坐标与球 极坐标之间的变换。

r

M
x r sin cos y r sin sin z r cos r x 2 y2 z2 2 2 2 2 2 2 2 x y z 1 2 1 1 2 2 (r ) 2 (sin ) 2 r r r r sin r sin 2 2
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奥本海默
罗伯特· 奥本海默（J. Robert Oppenheimer）1904年 出生在纽约一个富裕家庭。由于家道中落，法西斯主义的 崛起，到他成为伯克莱加州大学物理学教授的时候，已经 是一个政治观念左倾激进的人了。 1942年，奥本海默入选一个物理学家团体，评估制造 原子弹的可能性。主持美国政府这个“曼哈顿计划”的戈 罗夫斯将军（Gen. Leslie R. Groves）深为奥本海默的思想 和才华所吸引，他不顾监督“曼哈顿计划”的一些安全官 员的反对，将奥本海默任命为洛斯· 阿拉莫斯实验室（the Los Alamos Scientific Laboratory）的主任。

1 pl 2m
pl
dφ
r
e
l

31
e pl e l pl 2m 2m
由于电子带负电
pl
dφ
r
e
e l pl 2m
l

e e h lz plz ml ml B 2m 2m 2
32
he l l (l 1) l (l 1) B 4m he B ——波尔磁子 4m
总角量子数 j l s, l s 1, l s
波长（埃）
锂的光谱线系
7
每个线系的每一条光谱线的波数都可以表示为两个光谱 项之差：
R ~ ~ n Tm Tn n

2

等式右边的第一项是固定项，它决定线系限及电子 末态。第二项是动项，它决定电子初态。
~ ~ 实验上测量出 n 和
由
Tn 和 R
我们可以求得 n
R 则可求出 Tn 2 n *
外场方向投影：
lz l cos ml B
共
2l 1 个奇数，但实验结果是偶数。
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§3.5 电子自旋与轨道运动的相互作用
一、电子自旋 二、总角动量 三、电子自旋与轨道运动的相互作用 四、碱金属原子光谱精细结构
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一
电子自旋角动量和自旋磁矩
荷兰的乌伦贝克和古德史密特提出了电子自旋的假设： 每个电子都具有自旋的特性。
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例、 碱金属原子从基态的电离电势如下， Li为5.38V， Na为5.14V，K为4.33V。 试 计算出相应原子基态的谱项值，再算出 这些元素的主线系短波限的波长。
16
解、根据电离能公式：

4.1原子 的构成 (yuánzǐ)
第一页，共十七页。
活动探究一-----展开想象 的 (xiǎngxiàng)
翅膀实验是用α粒子（带正电）轰击金箔，发现绝大
多数α粒子的被金原子散射的偏向(piānxiàng)很小，但 少数的偏向(piānxiàng)角很大甚至大于90度。
第二页，共十七页。
活动探究一-----展开(zhǎn kāi)想象的翅
阳离子： 质子数 核＞外电子数
阴离子： 质子数 核＜外电子数
练习：哪些表示原子、阳离子、阴离子？
+16 2 8 6
S
+11 2 8 1
Na
+17 2 8 8
Cl-
+8 2 8
O2-
+10 2 8
Ne
+11 2 8
Na+
第十二页，共十七页。
9、下列关于原子、离子的说法(shuōfǎ)正确的是（ C）
第七页，共十七页。
原子结构示意图意义(yìyì)：
原子核 电子层
最外电子层 该电子层上的电子数
核电荷数 (质子数
第八页，共十七页。
排布(pái bù)特点：原子的第一层 最多排2个电子，第二层最多排
8个电子，最外层电子数最多不
超过8个（只有1层的不超过2个
电子）。
+11 2 9
+11 2 7 2
原子种类
质子数
中子数 核外电子数
氢
1
0
1
碳
6
6
6
氧
8
8
8
钠
11
12
11
氯
17
18
17
讨小结论(题xiǎo：jié)： 11.原．子原中子有中：有质带子电数粒=子电，子那数，么故整原个子原不子显是电否性带；电？为什么？ 22、．氢是原否子是核所内不有含的中原子子。中都含有中子？ 33.质．子原数子=中电子质数子，数而、中电子子数数不、一中定子等数于有质何子数不。同(bù ？ tónɡ) 44.不．同不同原类子原，子核的内内质部子构数成、有核什外么电不同子？数不同。

原子是化学变化中的最小粒子，具有不可分割性。
原子由带正电的原子核和带负电的核外电子组成，原子核位于原子中心，包括质子 和中子两种粒子。
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质子和中子都是由三种基本粒子（夸克）组成的复合粒子，质子带正电，中子不带 电。
4
原子核外电子排布
核外电子按能量高低分层排布，离核 越近能量越低，越远能量越高。
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化学键类型及其特点
离子键
由正负离子通过静电作用形成的 化学键，具有高熔点、高沸点等
特点。
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共价键
原子间通过共用电子对形成的化学 键，包括极性共价键和非极性共价 键。
金属键
金属原子间通过自由电子形成的化 学键，具有导电、导热等特性。
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分子间作用力简介
范德华力
分子间存在的瞬时偶极矩 之间的相互作用力，较弱 。
高一化学原子结构 PPT课件图文
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1
目录
CONTENTS
• 原子结构基本概念 • 原子核结构与性质 • 电子云模型与波函数理论 • 元素周期律与化学键合性质 • 实验室制备和检测技术 • 原子结构在生活和科技中应用
2024/1/25
2
01 原子结构基本概念
2024/1/25
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原子定义与组成
安全标识
在实验室醒目位置设置安全标 识，提醒实验人员注意安全事
项。
22
06 原子结构在生活和科技 中应用
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23
原子结构在材料科学中应用
01
原子排列与晶体结构
通过控制原子的排列方式，可以制造出具有不同物理和化学性质的晶体
材料，如金属、陶瓷和半导体等。

j1 j1
j2 j2
2 2
j2 j1
1个值 1个值
由小的决定
标法( j1, j2 )J
13
2011-5-4
14
例 ps电子组态
l1=1 s1=1/2
l2=0 s2=1/2
L-S耦合
S=0 S=1
L=1 L=1
J=1 J=2.1.0
1P1 P3
2.1.0
共4种原子态
j-j耦合
j1
ll11
基态 1s1s 1S0
(不存在，不满足泡利原理)
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1s2s
n2 2 l2 0
L=0 S=0 J=0 21S0
S=1 J=1 2 3S1
(第一激发态)
1s2p
n2 2 l2 1
L=1 S=0 J=L=1 S=1 J=2.1.0
2 1P1 2 3P2.1.0
3P2 最低（反常次序）
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2
4、两个价电子间可以有6种相互作用（耦合）
l1
G3
s1
自旋——自旋耦合 G1 G1(s1,s2)
G2 l2
G6 G5 G4
G1 s2
轨道——轨道耦合 G2 G2(l1,l2)
每一个电子本身自旋-轨道耦合 G3.G4 G3(l1,s1) G4(l2,s2)
一个电子的自旋与另一个电子轨道耦合. G5(l1,s2) G6(l2,s1)
s1 s1
3 1
2 2
j2 l2l2ss2不2 存1 在2
j1=3/2 和 j2=1/2 合成J=2,1 j1=1/2 和 j2=1/2 合成J=1,0
标法( j1, j2 )J
可能的原子态: (3 2,1 2)2, (3 2,1 2)1

固态物质的电子结构
紧密排布
固态中原子间距 较小
结晶性
固态物质具有有 序结晶结构
强相互作用
固态物质原子间 作用力较强
液态物质的电子结构
01 流动性
液态物质具有流动性质
02 中等稠密度
液态原子排布介于气态和固态之间
03 粘滞性
液态物质粘滞度较高
总结
原子结构与电子排布不仅影响物质的化学性质， 也决定了物质在不同状态下的性质表现。气态、 固态和液态物质的电子结构差异导致了它们不同 的物理和化学特性，这些特性在化学和物理实验 中都具有重要意义。
化学原子结构的研究 对材料科学有重要意 义。科学家们利用化 学原子结构的知识设 计新材料，不断推动 材料科学的发展和创 新。通过深入研究原 子结构，可以改善材 料的性能和功能，为 各种领域提供更多可 能性。
药物研究中的应用
作用机制影 响
药物的化学结构 对其作用机制有
重要影响
化学原子结 构分析
药物研究借助化 学原子结构分析
● 07
第7章 结语
化学原子结构的 重要性
化学原子结构是现代 化学研究的基础，通 过深入研究原子结构， 我们可以更好地理解 物质的性质和反应规 律。原子结构的探索 为科学和社会发展提 供了重要支撑。
展望未来
深入探索原 子结构
开启更多化学奥 秘
广泛应用
促进科技与社会 发展
未来的化学研究
新材料研发
环境保护中的应用
01 研究助力环保
化学原子结构的研究有助于环境保护
02 技术设计
设计环保材料和技术
03
未来展望
科学进步推 动
化学原子结构的 研究将继续推动
科学进步

由np ns跃迁所产生的谱线都是双线结构, 谱线双线的间隔对应P能级双层的间隔
11
n2 l 1
E 2
E E
2
r
n2 l 1 j3 2
n2 l 1 j 1 2
E E E
2
r
ls
氢原子2 p态能级的分裂
12
能级的精细结构nlj nlj之间的跃迁 形成了谱线的精细结构
单电子跃迁的选择定则
l l l 1 j j j 0, 1 j 0 j 0跃迁是不允许的
2
9
1
1
J *2
L*2
S*2
j l s

1

1
l 1 2 l(l 1 2)(l 1)
2
l 1 2 2(l 1 2)(l 1)
2l 1 1 1 (2l 1)(l 1) l 1 j 1 2
1
1
J *2 L*2 S*2
j l s

1

1
l 1 2 l(l 1 2)(l 1)
则有
Enls En Er ELS
RhcZ 2 n2

RhcZ 2 n2
2Z 2
n2
[ l
n 1
2

3 4

l(l
1
n 2)(l
1)
J *2

L*2 2

S *2
]
j l s
l
ls
J *2 L*2 S *2
2
2
j l s
l 1
(l 1)s
T

1 8
p4 m03c2

Thank you
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
原子结构概要
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思