1、 第第1章章 原子结构原子结构 第第1节节 原子结构模型原子结构模型 本节课的关键词本节课的关键词: 原子轨道原子轨道 主量子数主量子数 n 角量子数角量子数 l 磁量子数磁量子数 m 自旋磁量子数自旋磁量子数 ms 电子云电子云 原子核外电子的运动原子核外电子的运动 1. 原子轨道与原子轨道与 四个量子数四个量子数 联想联想 质疑质疑波尔只引波尔只引 入入一个一个量子数量子数n,能比能比 较好地解释了氢原子较好地解释了氢原子 线状光谱产生的原因；线状光谱产生的原因； 但但复杂的光谱复杂的光谱解释不解释不 了。了。 在钠原子中 n=4 n=3 电子跃迁电子跃迁 在氢原子中 n=2 n=1 电子
2、跃迁电子跃迁 也得到两条靠得很近的谱线 实验事实: 原子轨道与四个量子数原子轨道与四个量子数 （）原子光谱带来的疑问？（）原子光谱带来的疑问？ 钠原子光谱在钠原子光谱在n=3到到n=4之间会产生两之间会产生两(多多)条谱线条谱线 氢原子光谱在氢原子光谱在n=到到n=之间谱线实际上是两条靠之间谱线实际上是两条靠 得非常近的谱线得非常近的谱线 在磁场中所有原子光谱可能会分裂成多条谱线在磁场中所有原子光谱可能会分裂成多条谱线 这些问题用玻尔的原子模型这些问题用玻尔的原子模型无法解释无法解释 原子中电子的运动状态应用多个量子数来描述原子中电子的运动状态应用多个量子数来描述 量子力学中单个电子的空间运动
3、状态称为原子轨道量子力学中单个电子的空间运动状态称为原子轨道. 每个原子轨道可由三个只能取整数的量子数每个原子轨道可由三个只能取整数的量子数n、 l l 、m共同描述共同描述. 薛定谔方程薛定谔方程 与四个量子数与四个量子数 1987-1961 E.Schrodinger , 奥地利物理学家奥地利物理学家 思维历程思维历程: 量子力学的诞生量子力学的诞生 (教材P6). 了解了解: 薛定谔方程薛定谔方程(1926年提出年提出) H=E 量子力学中描述核外电子 在空间运动的数学函数式，即原子轨道 E轨道能量（动能与势能总和 ） m微粒质量， h普朗克常数 x,y, z 为微粒的空间坐标 (x,y
4、,z) 波函数 0)( 8 2 2 2 2 2 2 2 2 VE h m zyx 四个四个量子数量子数 主量子数主量子数n: 描述电子离核的远近描述电子离核的远近 n取值为正整数取值为正整数， 对应符号为对应符号为 ， n 所表示的运动状态称为所表示的运动状态称为电子层电子层 角量子数角量子数l l :描述描述(电子云电子云)原子轨道的形状原子轨道的形状 l l 取值为取值为 0， (n-1)共共n个数值个数值 符号为符号为 s， p， d， f 等等 若电子若电子n、 l l 的相同，则电子的能量相同的相同，则电子的能量相同 在一个电子层中，在一个电子层中，l l 的取值有多少个，表示电子的
5、取值有多少个，表示电子 层有多少个不同的能级层有多少个不同的能级 规律规律: 每层的能级数值每层的能级数值=电子层数电子层数 磁量子数磁量子数m: 描述磁场中原子轨道的能量状态描述磁场中原子轨道的能量状态 m可以取可以取0、1、2 l l共共(2l l +1)个数值个数值. 规律规律:每层的原子轨道数为层数的平方每层的原子轨道数为层数的平方(n2) 自旋量子数自旋量子数ms:描述在能量完全相同时电子描述在能量完全相同时电子 运动的特殊状态运动的特殊状态(简称为电子自旋状态简称为电子自旋状态). 处于同轨道上的电子的处于同轨道上的电子的自旋状态自旋状态只有两种只有两种. 分别用分别用ms =+1
6、/2(通常用符号通常用符号表示表示). ms= -1/2 (通常用符号通常用符号表示表示). 注意注意:自旋并不是”自转”自旋并不是”自转”,实际意义更为深远实际意义更为深远. 练习练习:实验证明实验证明,同一原子中电子的运动状态均同一原子中电子的运动状态均 不相同不相同.试推断试推断: 每个原子轨道最多有几个电子每个原子轨道最多有几个电子? 每个电子层最多有多少个电子每个电子层最多有多少个电子? (3)量子数和原子轨道的关系量子数和原子轨道的关系 n l m 原子轨道原子轨道 ms 取值取值 符号符号 取值取值 符号符号 取值取值 符号符号 取值取值 1s 2s 2px 2py 2pz 3s
7、 3px 3py 3pz 3dxy 3dyz 3dxz 3dx2-y2 3dz2 1 K 0 s 0 1/2 2 L 0 1 s p 0 0, 1 1/2 1/2 3 M 0 1 2 s p d 0 0, 1 0, 1 2 1/2 1/2 1/2 习题讲解：习题讲解： 1.下列各电子层，不包含下列各电子层，不包含d能级的是（能级的是（ ）。）。 A.N电子层电子层 B. M电子层电子层 C. L电子层电子层 D. K电子层电子层 C、D 2.下列能级中，轨道数为下列能级中，轨道数为5的是（的是（ ）。）。 A.s能级能级 B.p能级能级 C.d能级能级 C 3.以下各能级能否存在？如果能存在，
8、各包含多以下各能级能否存在？如果能存在，各包含多 少轨道？（少轨道？（1）2s （2）2d （3）4p（4）5d 答：答：（1）2s存在，轨道数为存在，轨道数为1 （2）2d不能存在不能存在 （3）4p存在，轨道数为存在，轨道数为3 （4）5d存在，轨道数为存在，轨道数为5 4.写出下列各组量子数表示的原子轨道的符号。写出下列各组量子数表示的原子轨道的符号。 （1）n=2，l l = 1 （2）n=4，l l = 0 （3）n=5，l l = 2 2p 4s 5d 5.下列几组量子数能够同时存在的下列几组量子数能够同时存在的 是（是（ ）。）。 A. 3、2、 2、 -1/2 B. 3、0、-
9、1、+1/2 C. 2、2、 2、 2 D. 1、0、 0、 0 A 2.原子轨道的图像和电子云原子轨道的图像和电子云 (1)原子轨道的图像描述原子轨道的图像描述 根据量子力学理论根据量子力学理论,将原子轨道在空间将原子轨道在空间 的分布以图象方式在直角坐标系中表示出来的分布以图象方式在直角坐标系中表示出来. 原子轨道示意图：原子轨道示意图： (2)电子云：电子云：描述电子在空间出现的概率大小的图形描述电子在空间出现的概率大小的图形. 思维历程思维历程 微观粒子具有波动性微观粒子具有波动性 学海无涯学海无涯 波尔与爱因斯坦的争论波尔与爱因斯坦的争论 知识小结知识小结: 原子轨道原子轨道:量子力学中单个电子的空间运动状态量子力学中单个电子的空间运动状态 描述描述原子轨道原子轨道的量子数是的量子数是:n、l、m. 描述电子运动的量子数是描述电子运动的量子数是:n、l、m 、ms. n、l、m 、ms的取值与原子轨道数的取值与原子轨道数,可容纳的电子可容纳的电子 数的关系数的关系.表表1-1-1 每层的能级数每层的能级数=电子层数电子层数(n) 每层的轨道数每层的轨道数=电子层数的平方电子层数的平方(n2) 每层最多容纳的电子数为每层最多容纳的电子数为=2电子层数的平方电子层数的平方(2n2)
