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發(fā)布時間: 2019年10月29日
原子結(jié)構(gòu):
1.核外電子的運動特性
核外電子運動具有能量量子化、波粒二象性和統(tǒng)計性的特征,不能用經(jīng)典的牛頓力學(xué)來描述核外電子的運動狀態(tài)。
2.核外電子的運動規(guī)律的描述
由于微觀粒子具有波的特性,所以在量子力學(xué)中用波函數(shù)Ψ來描述核外電子的運動狀態(tài),以代替經(jīng)典力學(xué)中的原子軌道概念。
(1)波函數(shù)Ψ(原子軌道):用空間坐標(biāo)來描寫波的數(shù)學(xué)函數(shù)式,以表征原子中電子的運動狀態(tài)。
一個確定的波函數(shù)Ψ,稱為一個原子軌道。
(2)概率密度(幾率密度):Ψ2表示微觀粒子在空間某位置單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率即概率密度。
(3)電子云:用黑點疏密的程度描述原子核外電子出現(xiàn)的概率密度(Ψ2)分布規(guī)律的圖形。黑點較密的地方,表示電子出現(xiàn)的概率密度較大,單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的機會較多。
(4)四個量子數(shù):波函數(shù)Ψ由n.l.m三個量子數(shù)決定,
三個量子數(shù)取值相互制約:
1) 主量子數(shù)n的物理意義:
n的取值:n=1,2,3,4……∞ ,
意義: 表示核外的電子層數(shù)并確定電子到核的平均距離;確定單電子原子的電子運動的能量。
n = 1,2,3,4, ……∞, 對應(yīng)于電子層K,L,M,N, ···
具有相同n值的原子軌道稱為處于同一電子層。
2) 角量子數(shù)ι:
ι的取值:受n的限制,ι= 0,1,2……n-1 (n個)。
意義:表示亞層,確定原子軌道的形狀;對于多電子原子,與n共同確定原子軌道的能量?!?
ι的取值: 1 , 2 , 3 , 4
電子亞層: s, p, d, f……
軌道形狀: 球形 紡錘形 梅花形 復(fù)雜
圖3-1
3) 磁量子數(shù)m:
m的取值:受ι的限制, m=0 ,±1,±2……±ι(2ι+1個) 。
意義:確定原子軌道的空間取向。
ι=0, m=0, s軌道空間取向為1;
ι=1, m=0 ,±1, p軌道空間取向為3;
ι=2, m=0 ,±1,±2 , d軌道空間取向為5;
……
n,ι相同的軌道稱為等價軌道。
一個原子軌道是指n、ι、m三種量子數(shù)都具有一定數(shù)值時的一個波函數(shù)Ψ(n,ι,m),例如Ψ(1,0,0)代表基態(tài)氫原子的波函數(shù)。
n、ι、m取值合理才能確定一個存在的波函數(shù),亦即確定電子運動的一個軌道。
n、ι、m的取值與波函數(shù):
n=1(1個), ι=0,m=0, Ψ(1,0,0)
n=2(4個), ι={
n=3(9個), ι={
n=4(16個)
……
波函數(shù)Ψ數(shù)目=n2
在一個確定的原子軌道下,電子自身還有兩種不同的運動狀態(tài),這由mS確定.
意義:代表電子自身兩種不同的運動狀態(tài)(習(xí)慣以順、逆自旋兩個方向形容這兩種不同的運動狀態(tài),可用↑↑ 表示自旋平行,↑↓表示自旋反平行。
這樣n、ι、m、mS四個量子數(shù)確定電子的一個完整的運動狀態(tài),以Ψ(n,ι,m, mS)表示。
例:Ψ(1,0,0,+ ),Ψ(1,0,0,- ) ,Ψ(2,1,1,+ ) ,Ψ(2,1,1, - ) 等等