【正文】 18 32 根據(jù) Hund規(guī)則 ，電子在簡并軌道上的排布將盡可能以自旋相同(相同 si)的方式分占各簡并軌道。 ( Cotton能級圖 ) 2. 核外電子排布的一般規(guī)則 (1)能量最低原理 系統(tǒng)能量 ?，穩(wěn)定性 ?，所以基態(tài)原子核 外電子的排布盡可能先占據(jù)能量較低的軌道； (2)Pauli不相容原理 在同一原子中不存在四個量子數(shù)全部相 同的電子；或在 n, l, m均相同的原子軌道上只 能容納兩個 si不同的電子； 各亞層可容電子數(shù) s:2。如 E4s n+ = 4+?0=4； E3d n+ = 3+?2=； 鮑林能級圖只適用于多電子原子 .即不適用于氫原子和類氫原子 , 氫原子和類氫原子不存在能級分裂現(xiàn)象 ,自然也談不上能級交錯 . 鮑林能級圖嚴(yán)格意義上只能叫“順序圖” ,順序是指軌道被填充 的 順序或 電子填入軌道的順序 . 換一種說法，填充順序并不總是能 代表原子中電子的實(shí)際能級！ 例如 Mn原子 (Z=25), 最先的 18個 電子填入 n = 1和 2 的 9個軌道 , 接下來 2個電子填入 4s 軌道 , 最后 5個電子填入順序圖中能級最高的 3d 軌道。 簡并 量子力學(xué)中把同一原子或分子中能量相同的狀態(tài)稱為簡并狀態(tài)，相應(yīng)的軌道稱簡并軌道。在主量子數(shù) n相同的同一電子層內(nèi)，各亞層的能量相等。鉆穿效應(yīng)大小： ns np nd nf 氫原子電子云徑向分布示意圖 D(r) 3d D(r) 3p 2p r r D(r) 3s 2s 1s 主量子數(shù) n越大，電子離核平均距離越遠(yuǎn)；主量子數(shù) n相同，電子離核平均距離相近。 s,p,d電子云的角度分布圖 1s 電子云的空間分布 鉆穿效應(yīng) 電子云徑向分布曲線上有 n?l個峰值。 41),(s ??q ?nY 41? s軌道的角度分布圖 xzy(2) p軌道 如 n = 2， l =1， m=0 2pz軌道 所有pz 軌道的波函數(shù)的角度部分為： 與 xy平面上與x軸的夾角?無關(guān)，即? = 0~360?(繞 z軸一周) 不變，所以 的圖形為繞z軸旋轉(zhuǎn)一周構(gòu)成的立體圖。 ??? ?? 坐標(biāo)變換 ??? ?? 變量分離原子軌道 ?(r,q, ? ) 徑向分布 R(r) 角度分布 Y(q, ?) 1s 2s 2pz 2px 2py 0/30e1 ara ??02/030e22 141 arara ??????? ??0/30e12 ara ?02/030e2 8 1 arara ??????? ? 41? 41?q? c o se2 141 02/030arara ????????q? c o ss i ne2 141 02/030arara ????????q? s i ns i ne2 141 02/030arara ???????02/030e24 1 arara ???????q? cos 43?q? c o ss in 4 3?q? s ins in 4 3氫原子部分原子軌道的徑向分布與角度分布 (a0 為玻爾半徑 ) 1. 原子軌道的角度分布圖 原子軌道角度分布圖表示波函數(shù) ?的角度部分 ?l,m(q ,? )隨q 和 ? 變化的圖象 。 與 l = 2 對應(yīng)的軌道是 d 軌道 。 核外電子運(yùn)動 軌道運(yùn)動 自旋運(yùn)動 與一套量子數(shù)相對應(yīng) ?(n,l,m,si)(具有確定的能量 Ei) n l m si 主量子數(shù) n 1 2 3 4 電子層符號 K L M N 軌道角動量量子數(shù) l 0 0 1 0 1 2 0 1 2 3 電子亞層符號 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 磁量子數(shù) m 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ?1 ?1 ?1 ?1 ?1 ?1 ?2 ?2 ?2 ?3 亞層軌道數(shù) (2l+1) 1 1 3 1 3 5 1 3 5 7 電子層軌道數(shù) 1 4 9 16 自旋角動量量子數(shù) si +189。 ★ 產(chǎn)生方向相反的磁場 ★ 相反自旋的一對電子 ， 磁場相互抵消 。 如 l = 0(s亞層 )， m只能取 0， 即 s電子云在空間只有球狀對稱的一種取向 ， 表明 s亞層只有一個軌道； 當(dāng) l =1(p亞層 ) ， m依次可取 ?1， 0， +1三個值 ， 表示 p亞層在空間有互相垂直的 3個 p軌道 ， 分別以 px、 py、 pz表示； 類似 l =2(d亞層 ) m可取 5個值 ， 即 d軌道有 5個 。 在多電子原子中，當(dāng)n相同時，不同的軌道角動量量子數(shù) l(即不同的電子云形狀 )也影響電子的能量大小。用軌道角動量量子數(shù) l描述電子亞層， l受主量子數(shù) n的限制。 (2)概率密度 |?|2 3. 量子數(shù) 在求解薛定諤方程時 ， 為得到合理的波函數(shù)?(r,q,?)和能量 E， 要對薛氏方程進(jìn)行條件限制 ， 必須引入 n、 l、 m三個量子數(shù) (量子化的數(shù)字 )： (1)主量子數(shù) n 取值： n = 5? 非 0正整數(shù)； 符號： K L M N O ? 可看作習(xí)慣上的“ 層 ” 。波函數(shù) ? 絕對值的平方 |?|2卻有明確的物理意義：它代表 核外空間某點(diǎn)電子出現(xiàn)的概率密度 。 核外電子運(yùn)動狀態(tài)描述 1. 薛定諤方程 1926年奧地利物理學(xué)家薛定諤根據(jù)德布洛依的波 粒二象性將經(jīng)典的光的波動方程改造成薛定諤方程： ? [psai] ：波函數(shù)； h：普朗克常量； m：微粒質(zhì)量； E ：系統(tǒng)總能量； V：系統(tǒng)的勢能； x、 y、 z：空間坐標(biāo)； ????? )(8 22222222VEhmzyx?????+??+??直角坐標(biāo) ( x,y,z)與球坐標(biāo) (r,θ,φ)的轉(zhuǎn)換 cos r z ? q sin sin r y ? ? q cos sin r x ? ? q 2 2 2 z y x r + + ? ( ) ( ) ? q , , , , r Ψ z y x Ψ ? ( ) ( ) ? q , Y r R ? ? (?)與電子云 ( |? |2) (1)波函數(shù) ? ? ：稱波函數(shù) ， 是坐標(biāo) (x, y, z )的函數(shù) ， 寫為 ?(x, y, z )。 電子衍射圖也是統(tǒng)計(jì)性的結(jié)果 。 而對具有 波粒二象性 的微觀粒子 ， 它們的運(yùn) 動并不服從牛頓定律 ， 不能同時準(zhǔn)確測定它們的速度和位置 。在物理學(xué)中把某一物理量的變化不連續(xù)的現(xiàn)象 (即具有最小值 )稱為量子化。 電子衍射實(shí)驗(yàn)表明：一個動量為 p能量為 E的微觀粒子，在運(yùn)動時表現(xiàn)為一個波長為 ?=h/mv、頻率為 ? = E/h的沿微粒運(yùn)動方向傳播的波 (物質(zhì)波 )。 (2)德布羅依波 1924年法國物理學(xué)家德布羅依在光的波 粒二象性啟發(fā)下 ， 大膽假設(shè)電子等實(shí)物粒子 也具有波粒二象性 ， 并預(yù)言高速運(yùn)動的微觀 粒子 (如電子等 )其波長為： ? = h/p =h/mv 式中： m：粒子質(zhì)量 ， v：粒子運(yùn)動速度 ， p：粒子的動量 ， 上式即為有名的德布羅依關(guān)系式 。而該特性是波爾當(dāng)時還未認(rèn)識到的。原子發(fā)射和吸收光譜及元素的火焰定性分析即基于此原理。輻射能到大小取決于兩定態(tài)間的能量差： ?E=E2?E1= h? 波爾還求得氫原子基態(tài)電子的離核距離 r =，即波爾半徑。 ? n值愈大，表示電子離核愈遠(yuǎn)，能量愈高；當(dāng) n = ?時，電子不再受核的吸引，即電離。 115221152221)3 12 1( ??? ????????????? ??nnR紅?6 5 6 n 911518???? ???? ?????c紅Plank量子論 輻射能的吸收或釋放是不連續(xù)的，而是以一個基 本量 (h?)或該基本量的整數(shù)倍吸收或釋放，這一基 本量 (h?)稱 量子 或 光子 。原子光譜均為 不連續(xù)光譜。 、 離子鍵與共價(jià)鍵的特征及它們的區(qū)別；了 解鍵參數(shù)的意義；掌握 O2和 F2的分子軌道 ， 理解成鍵軌道 、 反 鍵軌道和 ?鍵 、 ?鍵的概念及雜化軌道 、 等性雜化 、 不等性雜化 的概念；掌握價(jià)層電子對互斥理論 。 ；掌握常見元素的電子結(jié)構(gòu)式； 了解核外電子排布和元素周期系之間的關(guān)系；了解有效核電荷 、 電離能 、 電子親合能 、 電負(fù)性 、 原子半徑的概 念 。 高壓 紅 綠 藍(lán) 紫 真空，少量 H2 光柵 Balmer系 線狀光譜 氣體原子 (離子 )受激發(fā)后則產(chǎn)生的光線經(jīng)三角棱鏡分光后，得到分立的、彼此間隔的光譜，相對于連續(xù)光譜稱為 不連續(xù)光譜， 也叫 線狀光譜 或桿狀光譜 。 對紫外區(qū) ， n1 =1；對可見區(qū) ， n1 =2；對紅外區(qū) ， n1 =3； 1)(7 s12 12215 ??????? ???n????????? ??? 222111nnR? 如氫原子光譜在可見區(qū) (波長 ? = 400?700 nm)有 4條顏色不同的譜線 ， 與里德堡公式相吻合： 類似可求得 ?綠 、 ?綠 、 ?藍(lán) 、 ?藍(lán) 及 ?紫 、 ?紫 等 。 每個原子只有一個基態(tài)，有多個激發(fā)態(tài) )。電子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)的過程以電磁波的形式吸收或放出能量 (h?)。 不同的元素，核內(nèi)質(zhì)子數(shù)不同，核外電子數(shù)不同，相應(yīng)的軌道能級也不同，因而有特征的原子光譜。 波爾理論的局限源于其雖然引入了普朗克的量子化概念，但卻并未跳出經(jīng)典力學(xué)的范疇，電子在固定軌道上繞核運(yùn)動的模型不符合微觀粒子的運(yùn)動的波粒二象性。 說明 光既具有波的性質(zhì)又具有微粒的性質(zhì) ，稱為光的 波粒二象性 。 從實(shí)驗(yàn)所得的衍射圖，可以計(jì)算電子波的波長，結(jié)果表明動量 p與波長 ?之間的關(guān)系完全符合德布羅依關(guān)系式 ?=h/mv。 . 0 915311234ee??????????? ?????? vm h?Question 原子光譜都是不連續(xù)光譜，其能量是不連續(xù)的，具有微小而分立的能量單位 h?，稱量子 (quantum)。 如衛(wèi)星 、 導(dǎo)彈 、 飛 機(jī)的運(yùn)行 ， 它的運(yùn)動軌跡 (軌道 )是可測知的 。電子在核外某處出現(xiàn)的概率大小不隨時間而變化 ， 電子云就是形象地用來描述電子在核外空間出現(xiàn)的概率的一種圖示方法 ，黑點(diǎn)的疏密 ， 表示概率密度的相對大小 。 綜上所述，微觀粒子運(yùn)動的主要特征是 波粒二象性， 具體體現(xiàn)在 量子化 與 統(tǒng)計(jì)性 的特征。 0e 130ara???? 雖然 ?本身沒有明確的物理意義。也把 |?|2直接稱為電子云，而把波函數(shù) ?稱為原子軌道(注意與經(jīng)典軌道的區(qū)別 )。 對氫原子其電子的能量只取決于主量子數(shù) n ： En= ??10?18J/n2 (2) 軌道角動量量子數(shù) l 從光譜實(shí)驗(yàn)及理論推導(dǎo)，同一 n層內(nèi)的電子 (