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【PPT】量子力学原子模型.


3S
3Pz
3Px(3Py) 3Py(3Px)
Ψ3.2.2 、Ψ3.2.1 、Ψ3.2.0 、Ψ3.2.-1 、 Ψ3.2.-2
3dxy
3dx
2 –
2 y
3dyz 3dxz
3dz2
3dyz 3dxz
3dx
2 –
2 y
3dxy
30
②根据一组量子数n、l 、m或Ψn.l.m描述轨道 的运动状态。
例3:描述用符号标记的原子轨道运动状态
3、1、 0、 +1/2 (或-1/2)
3、1、-1、 +1/2 (或-1/2)
32
图例: 电子云图
返回21
33
例: 描述用符号标记的原子轨道运动状态:
①、 1,0,0 ;②、2,1,0; ③、3,2,0 解: ①、轨道运动状态是:处于第一能层
(电子层),s能级(s分层),球形对 称,为1s轨道;
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二.量子力学原子模型理论要点
1、电子具有波粒二像性 在核外运动没有固定的运动轨道,服从测不
准原理,按几率分布的统计规律:
2、用薛定谔波动方程描述核外电子运动的规律
用波函数 ψ 与其对应的能量 E 描述电子的
运动状态 .用原子轨道表示电子在核外出现几率 较大的空间区域。
⑴薛定谔方程:二阶偏微分方程 P136
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(4)对称性: 原子轨道图都带+、-符号,
这由y(θφ ) 中三角函数而 致;轨道的+、-号表示 对称性,符号相同,轨道 的对称性相同,符号不同, 轨道反对称。 (5)电子云:
y2 , 的空间图像,表
示核外电子空间区域出现 的几率密度。
20
3、以四个量子数来规范或确定核外每个电子的 运动状态
⑵ 波动性:微观粒子在运动中表现出干涉、衍射 等物 理现象,遵守波迭加原理。电子波的衍射:
2
波的干涉:λ不同的两束波,传播中相遇时,可以
相互重叠。 相位同,重叠相加,相位不同,重叠相减。 光波的干涉:
重叠相加
重叠相减
3
电子波的干涉:
4
⑶ 电子波是物质波——德布罗依(L •de •Broglie)假说
例2 已知电子的运动速度=2.18×106m·s-1, 电子的质量9.11×10-31kg ,原子直径的数量 级约为10-10m。求电子速度的测不准量△v。
解:
v h m X
6.626 1034

7.27 107 m s1
9.111031 1010
8
可见v>v,即速度误差比速度还大即v测不准. 同理,电子在原子中的位置测不准量为:
①、Ψ1.0.0 ② 、 Ψ2.1.0 ③、 Ψ3.2.0 解: ①、轨道运动状态是:处于第一能层 (电 子层),s能级(s分层),球形对称,为 1s轨道;
②、轨道运动状态是:处于第二能层,p能 级,哑铃形沿Z轴方向伸展并取得正、负极大值, 为2pZ 道;
③、轨道运动状态是:处于第三能层,d能 级,花瓣形沿Z轴方向伸展,dz2为轨道。
个、2s—2个、3s—3个; np轨道有(n―1)个峰:2p—1个、3p—2个、
4p—3个; nd轨道有(n―2)个峰:3d—1个、4d—2个;
③随n值的增大,主峰离核渐远。 ④n值大的小峰可伸入n值小的各峰之间,甚至
或 伸入到原子核附近,产生“钻穿效应” 。 如4s的小峰穿遍3s、4p、4s各峰之间,且离 核最 近,使轨道能量降低。
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③、用四个量子数规范电子的运动状态
例4:确认n=2,l=1,m=0,ms=+1/2电子的运动状
态。
解:该电子的运动状态是:处于第二电子层,p分 层,pZ轨道,正自旋。
例5:写出3s2、3p3每一个电子的四个量子数。
解: 3s2: 3、0、0、+1/2; 3、0、0、-1/2;
3p3:
3、1 +1 、 +1/2 (或-1/2)
ΔX ΔP h
ΔX

Δv

h m
△X —位置测不准量;
△P、△ v —动量、速度测不准量;
h—普朗克常数(6.626×10J.s)
m—电子质量( m= 9.11×10-31Kg)
7
意义:当 X↘(位置测量误差愈小,即测定
越 准),则 p(或 v)↗(即动量或速度测量
误差越大,越不准)。
轨道;
l =1,p分层,m=-1
0 P分层有3个原子道
+1 l =2,d分层,
Px 、 Py、 Pz
m = -2 -1 0 +1
d分层有5个原子轨道,即
dz2、dxz、dxy、dyz、dx2-
2 y
+2
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n、l 、m取值与原子轨道的对应关系:
l
0
1
2
m
0 0 ±1 0 ±1
±2

s
Pz Px、 dz2 dyz,
l 每一个值,对m
l =2,m=-2,-1,0,1,2
物理意义:
共有 2 l +1个值
m决定原子轨道在空间的伸展方向,表现为:m的每 一个数值表示原子轨道的一种可能的空间伸展方向, 在一个电子分层里,m有几个可能的取值,该分层就 只能有几个伸展方向不同的原子轨道。
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例如:
l =0,s分层,m=0,s分层只有一个轨道—s
以波函数符号:Ψn,l,m标记。
R( r ) 是原子轨道的径向部分,其表示在任 何角度方向上电子出现几率大的空间区域(原 子轨道主峰)离核的远近。
R( r ) 用径向分布函数图描述: 如H原子几种径向分布函数(见下页)
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R( r )图的特点:P143
①原子轨道(主峰)离核的距离 r 以ao为单位。 ②ns轨道的径向分布图有n个峰(n―0):1s—1
1924年法国青年物理学家德布罗依提 出“物质波的假设”,认为:微观实物粒 子如电子、中子、质子等也像光一样具有 波动性,同时满足下列关系:
λ h/P h/mV
据上式可求电子等微观粒子的波长λ。
5
例1:一个速度为 1.0×106m.s-1的电子,其德 布 罗依波波长为 多少?(已知电子的质量为 9.11 ×10-31 kg)。 解:普朗克常数 h=6.626×10-34kJ.s-1
n=2 l =0,1 取n个值
n=3 l =0,1,2
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物理意义:
①表示电子的分层(亚层)或能级
l 的每一个数值表示一个电子分层或能级,以光 谱符号表示:
l 值:
0 1 2 3 4 5 ……
分层和能级符号: s p d f g h ……
②描述原子轨道和电子云的形状
l =0,球形,s电子云,s轨道;
dxy
子 轨
Py
dxz
dx2-y2

n 1s、2s、 2p、3p、 取 3s、4s、 4p、 不 5s…… 5p…… 同 值
3d、4d、5d……
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⑷自旋量子数:mS
物理意义:描述电子的自旋状态
取值要求:
+1/2
-1/2
符号:


拟认:
正自旋 反自旋
小结:
原子中核外电子:
+ n表征 l 表征 m表征 原子核 电子层 电子分层 伸展方向
⑴主量子数:n
取值要求:n=1、2、3、4……∞非零正整数 物理意义: ①描述电子的能量高低:对H原子或类H原子:n↑电 子能量愈高,对多电子原子:n值大小是决定电子 能量高低主要因素。 ②表示电子云离核的远近: n值↑,离核愈远;n=1,电子的离核最近,n=2,次 之……;n=∞,电子离核无限远,成为自由电子。 ③代表电子层和能层
ψ2 ψ2 ψ2 8π m 2 E Vψ 0
x2 y2 z2
h
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⑵波函数Ψ
Ψ是描述核外电子运动状态的数学表达式(不是一个简单
的数值)----称原子轨函或原子轨道
如氢原子的几个 Ψ
轨道
φr,θ, Rr
y , 能量E(J)
1S
1
ΔX h m Δv

6.626 1034
3.3 109m
9.111031 2.18 106
可见:X > 10-10,电子在原子中的位置误差 比原子的有效直径大,此为电子位置的测不准。
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3、呈现几率分布的统计规律 几率—机会多少。 几率分布的规律:指电子在核外基某空间区域内出现
2 pz
c、3 d z2
3,2,0 或
3dZ 2
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例2:用波函数符号标记n=3的所有原子轨 道 解:写出确定n=3各原子轨道的量子数
n=3 l = 0 m= 0
1
+1,0,-1 轨道总数=n2
2 +2,+1,0,
-1,-2
Ψn.l.m 标记:Ψ3.0.0、Ψ3.1.0 、Ψ3.1.1 、 Ψ3.1.-1 、
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⑶原子轨道角度分布图:y(θ,φ)的空间图像。
特征: 形状与分布: S轨道——球形,与角度无关; P轨道——哑铃形,分别沿X、Y、Z轴伸展,并
在伸展轴上取得正、负极大值,故有PX、PY、PZ。
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d轨道——四瓣梅花形 dz2(特殊)沿Z伸展,并取得极大值; d (x 2 – y 2) 沿X、Y轴伸展,并在轴上取得极大值; dxy 沿坐标轴45。角的 dyz 方向伸展并取得正、 dxz 负极大值。
e r a0
πa3
0
1 e r a0
a3 0
1
4
-21.79×10-19
2S
1 1 r
4
2ππ3 0
2
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