大学本科无机化学第八原子结构(课堂PPT)
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注意
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★核外电子排布规则: 1.能量最低原理 2.泡利不相容原理
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P电子原子轨道半径同样随着n增大而增大
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科学探究
观察图1-14，这些图称为原子的 电子轨道表示式
1．每个原子轨道最多只能容纳几
个电子？
2．当电子排在同一个能级内时， 有什么规律？
3．基态原子核外电子排布的规则与思路
★要求：1－36号元素原子
①已知核外电子数目先按照能量最低原 理从1s排起
②其间应考虑是否需应用泡利原理和洪 特规则，特别是要求画外围轨道表示式
③最后考虑是否需要应用量子力学关 于全空、半充满、全充满的排布规定， 如Cr、Cu等原子
原子结构ppt课件
子受到斥力作用
极少数α粒子发生大角度偏转几
乎被弹回
原子内部存在着带正电的、体积
小、质量大的微粒。
3.卢瑟福——行星模型（1911年）
实验结论：原子中心有一个很小的核，
叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全
部质量都集中在原子核里，电子在核外
空间运动。但他认为原子核不能再分。
英国科学家卢瑟福
（E.Rutherford,1871~1937)
夸克又分很多种，与他们同一层次
的还有光子，胶子等玻色子。
这些东西现在对你们来说还太深奥
就留给你们以后自己去探索了
典型例题
C
A
典型例题
D
C
D
典型例题
③④
⑥
②
①②⑤
④⑥
④
③
B
⑤
问题：决定原子质量大小的主要微粒是？
粒子种类
实际质量
质子
中子
电子
1.6726×10-27 kg
1.6749×10-27 kg
原子
种类
氢
碳
氧
钠
铁
1个原子的质量∕kg
1.674×10-27
1.993×10-26
2.657×10-26
3.818×10-26
9.288×10-26
相对原
子质量
1
12
16
23
56
相对原子质量大的原子,其原子的实际质量也一定大
甲说：氧的相对原子质量是16g;
乙说：氧的相对原子质量是16;
丙说：凡是相对原子质量大的原子其原子的实际质量也一定大。
质子数不一定等于中子数
原子一般来说是由质子、中子、电子构成，但并不是所有
极少数α粒子发生大角度偏转几
乎被弹回
原子内部存在着带正电的、体积
小、质量大的微粒。
3.卢瑟福——行星模型（1911年）
实验结论：原子中心有一个很小的核，
叫原子核，原子的全部正电荷和几乎全
部质量都集中在原子核里，电子在核外
空间运动。但他认为原子核不能再分。
英国科学家卢瑟福
（E.Rutherford,1871~1937)
夸克又分很多种，与他们同一层次
的还有光子，胶子等玻色子。
这些东西现在对你们来说还太深奥
就留给你们以后自己去探索了
典型例题
C
A
典型例题
D
C
D
典型例题
③④
⑥
②
①②⑤
④⑥
④
③
B
⑤
问题：决定原子质量大小的主要微粒是？
粒子种类
实际质量
质子
中子
电子
1.6726×10-27 kg
1.6749×10-27 kg
原子
种类
氢
碳
氧
钠
铁
1个原子的质量∕kg
1.674×10-27
1.993×10-26
2.657×10-26
3.818×10-26
9.288×10-26
相对原
子质量
1
12
16
23
56
相对原子质量大的原子,其原子的实际质量也一定大
甲说：氧的相对原子质量是16g;
乙说：氧的相对原子质量是16;
丙说：凡是相对原子质量大的原子其原子的实际质量也一定大。
质子数不一定等于中子数
原子一般来说是由质子、中子、电子构成，但并不是所有
第八章 原子结构2(12周-1)——无机化学课件PPT
➢ H原子轨道能量只与 n 有 关，其它原子轨道均发生能 级分裂。
原子轨道能量和原子序数关系图
➢ 原子序数增大时，原子轨 道能量逐渐下降。下降幅度 的不同，产生能级交错。
➢ 从钪(Sc)开始，第4周期元
素的 3d 轨道能级低于4s。说
明，不但是Mn原子，其余 3d 过渡金属被氧化时，4s 轨道 都先于 3d 轨道失去电子。.
量子力学不能精确求解多电子原子的薛定谔 方程，但可用近似法计算其轨道能级。
计算表明,波函数的角度部分和单电子原子大 致相同，而径向部分和单电子原子不同。
电子排布：
氢原子核外只有一个电子，通常位于基态的 1s 轨 道上； 多电子原子核外电子按能级顺序分层排列。
轨道：
与氢原子类似，其电子运动状态可描述为1s，2s， 2px，2py，2pz，3s……
8.3 多电子原子结构
单电子原子的能级
氢原子、类氢离子原子(He+、Li2+、Be3+、B4+等)：核 外只有一个电子，原子基态、激发态的能量只与主量子数 n 有关，与角量子数 l 无关。
能 7s ◎ 7p ◎ ◎ ◎ 7d ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 7f ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 量 6s ◎ 6p ◎ ◎ ◎ 6d ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 6f ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
利用这个规则可以粗略地估计电子在不同轨道上的 能量。
将原子的电子层结构用括号分成下列轨道组：
(1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f) (5s, 5p)… 1) 后面轨道组的每个电子对前面规道组电子的屏蔽
效应可忽略不计，即 σ = 0； 2) 同一轨道组电子之间的 σ 一般为 0.35，如果同在
大学无机化学经典课件原子结构ppt
氢原子光谱的特点是在可见区有四条比较明显的谱线， 通常用 H，H，H，H 来表示
氢原子的线状光谱
7
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
8
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
5
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
氢原子光谱和玻尔模型
Na光谱
所有波长
红
橙
黄绿
青蓝
紫
6
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
E = h
式中 E 为光子的能量， 为光子的频率，h 为 Planck 常数，其值为 6.62610-34 Js。物质以光的形式吸收或放 出的能量只能是光量子能量的整数倍。
电量的最小单位是一个电子的电量。 我们将以上的说法概括为一句话，在微观领域中能量、 电量是量子化的。量子化是微观领域的重要特征，后面我 们还将了解到更多的量子化的物理量。
14
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
玻尔提出的三点假设： 1）稳定轨道的概念 2） 电子在离核越远的轨道上运 动，能量越大 3） 处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核 较近的轨道上同时释放出光能
1
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
氢原子的线状光谱
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火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
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火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
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火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
氢原子光谱和玻尔模型
Na光谱
所有波长
红
橙
黄绿
青蓝
紫
6
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
E = h
式中 E 为光子的能量， 为光子的频率，h 为 Planck 常数，其值为 6.62610-34 Js。物质以光的形式吸收或放 出的能量只能是光量子能量的整数倍。
电量的最小单位是一个电子的电量。 我们将以上的说法概括为一句话，在微观领域中能量、 电量是量子化的。量子化是微观领域的重要特征，后面我 们还将了解到更多的量子化的物理量。
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火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
玻尔提出的三点假设： 1）稳定轨道的概念 2） 电子在离核越远的轨道上运 动，能量越大 3） 处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核 较近的轨道上同时释放出光能
1
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
大学一年级无机化学PPT课件-第八章-原子结构
卢瑟福的行星模型
英国物理学家卢瑟福根 据α粒子散射的实验， 建立了原子结构的行星 模型。他认为原子的中 心有一个带正电的原子 核，电子在它的周围旋 转，由于原子核和电子 在整个原子中只占有很 小的空间，因此原子中 绝大部分是空的。
卢瑟福行星模型遇到的困难
1、根据经典理论，电子绕原子核运动时要幅射电磁 波，因而电子的能量不断减少，电子运动的速度也 不断减慢，电子运动的轨道半径也将相应地变小并 逐渐靠近原子核，最后落到核上，电子湮灭，原子 将不复存在。 2、电子运动过程中幅射电磁波的波长也是连续变化 的，应得到连续光谱。但事实上原子是稳定的，原 子光谱是线状光谱。
道上运动,且不辐射能量； ②通常，电子处在离核最近的轨道上，能
量最低——基态；原子获得能量后，电子被 激发到高能量轨道上，原子处于激发态；
③从激发态回到基态释放光能，光的频率 取决于轨道间的能量差。
h E2 E1 E2 E1
h
E：轨道能量
原子能级
Balmer线系
v 3.289 1015 ( 1 1 )s1 22 n2
8.1.1 历史的回顾
Dalton原子学说 (1803年)
Thomson“西瓜式”模型 (1904年)
Rutherford核式模型 (1911年)
Bohr电子分层排布模型 (1913年)
量子力学模型(1926年)
原子结构理论的发展简史
19世纪初英国科学家道尔 顿提出了著名的原子论， 认为每种化合物都是由不 同数量的原子所组成，原 子不能再分，原子在化学 反应中不会消失也不会创 生。
8.1.3 Bohr原子结构理论
Plank量子论(1900年)： 微观领域能量不连续。
Einstein光子论(1903年)： 光子能量与光的频率成正比
无机化学原子结构PPT讲稿
8.2.2 不确定原理与微观粒子 运动的统计规律
1927年，Heisenberg不确定原理
x p h
2 Δx—微观粒子位置的测量偏差 Δp—微观粒子的动量偏差 微观粒子的运动不遵循经典力学的规律。
x v ≥ h / 2πm
对于电子来说，其 m = 9.11 10-31 kg, h/2πm 的数量 级为10－4。原子半径的数量级为 10－10 m 左右，因此核外 电子位置的测量偏差 x 不能大于 10-12 m，这时其速度的 测量偏差 v 一定大于 108 ms-1。这个偏差过大，已接近 光速，根本无法接受。
要研究电子出现的空间区域，则要去寻找 一个函数，用该函数的图象与这个空间区域建 立联系。这种函数就是微观粒子运动的波函数 。
1926 年奥地利物理学家 E. Schrödinger 建 立了著名的微观粒子的波动方程，即 Schrödinger 方程。描述微观粒子运动状态的 波函数 ，就是解 Schrodinger 方程求出的。
2
z 2
8π 2m h2
E
V
：波函数
E：能量
V：势能
m：质量
h：Planck常数
x, y, z：空间直角坐标
2 2 2 8 2m (E V ) 0
x2 y 2 z 2 h2
代数方程的解是一个数；微分方程的解是一 组函数；对于 Schrödinger 方程，偏微分方程 来说，它的解将是一系列多变量的波函数 的 具体函数表达式。而和这些波函数的图象相关 的空间区域，与所描述的粒子出现的几率密切 相关。
§8.2 微观粒子运动的基本特征
8.2.1 微观粒子的波粒二象性 8.2.2 不确定原理与微观粒子
运动的统计规律
8.2.1 微观粒子的波粒二象性
大学无机化学-第八章 原子结构 课件
原子核的体积只有原子体积的１／１０ １２－ 1５ ，而原 子核的质量却占了原子质量的99.9% 以上 ，所以原子核的
密度高达 1×1013 g· cm-3 （一般物质的密度只有 1×１０ ０
g· cm－３ 数量级）。 根据爱因斯坦 (Einstein)的质能联系方程可以算出，原子 核内蕴藏着异常巨大的潜能。原子正是通过其巨大质量的核
运 动 范 围 运 动 速 度 描 述 方 法
无机化学
8.2 单电子原子的结构
8.2.1 微观粒子的量子化特征
1、 普朗克的量子假说
（1）黑体辐射实验 无反射能力的物体称(绝对)黑体，黑体向四周 辐射的能量称为辐射能。按照经典理论的观点，谐 振子的能量和它的振幅平方成正比，振子的振幅是
连续变化的，因而振子的能量也是连续变化的。然
En = n E
n =1，2，3，„，正整数
能量的这种不连续性，称 ( 能量 ) 量子化，最小 能量单元称为 ( 能 ) 量子。由于它与黑体辐射的频率 成正比，相当于一个光子的能量，又称为光量子：
也就是说， 质子数相同的原子属于同种元素 。但质子数相
同的原子，中子数不一定相同，这意味着同种元素中可能 含有不同的原子。 无机化学
8.1 原子的内部组成
元素 将质子数相同的一类单核粒子统称为同一种元素， 用元素符号Ｅ表示。 核素
将质子数和中子数都相同的单核粒子称为同一种核素，
用核素符号 ZA E 表示。 式中左下标Z为质子数，左上标A为核子数(质子数与中子 数之和)，因为它近似等于原子质量的数值，故A又称为 质量数。 无机化学
最小单位作跳跃式的增减，这一物理量就是量子化 的，其变化的最小单位就叫做这一物理量的量子。
普朗克的量子假说，否定了“一切自然过程都是连续的”
密度高达 1×1013 g· cm-3 （一般物质的密度只有 1×１０ ０
g· cm－３ 数量级）。 根据爱因斯坦 (Einstein)的质能联系方程可以算出，原子 核内蕴藏着异常巨大的潜能。原子正是通过其巨大质量的核
运 动 范 围 运 动 速 度 描 述 方 法
无机化学
8.2 单电子原子的结构
8.2.1 微观粒子的量子化特征
1、 普朗克的量子假说
（1）黑体辐射实验 无反射能力的物体称(绝对)黑体，黑体向四周 辐射的能量称为辐射能。按照经典理论的观点，谐 振子的能量和它的振幅平方成正比，振子的振幅是
连续变化的，因而振子的能量也是连续变化的。然
En = n E
n =1，2，3，„，正整数
能量的这种不连续性，称 ( 能量 ) 量子化，最小 能量单元称为 ( 能 ) 量子。由于它与黑体辐射的频率 成正比，相当于一个光子的能量，又称为光量子：
也就是说， 质子数相同的原子属于同种元素 。但质子数相
同的原子，中子数不一定相同，这意味着同种元素中可能 含有不同的原子。 无机化学
8.1 原子的内部组成
元素 将质子数相同的一类单核粒子统称为同一种元素， 用元素符号Ｅ表示。 核素
将质子数和中子数都相同的单核粒子称为同一种核素，
用核素符号 ZA E 表示。 式中左下标Z为质子数，左上标A为核子数(质子数与中子 数之和)，因为它近似等于原子质量的数值，故A又称为 质量数。 无机化学
最小单位作跳跃式的增减，这一物理量就是量子化 的，其变化的最小单位就叫做这一物理量的量子。
普朗克的量子假说，否定了“一切自然过程都是连续的”
原子结构ppt课件
原子不带电的原因：
表3-1 几种原子的构成
原子序数
原子种类
质子数
中子数
核外电子数
1
氢
1
0
1
6
碳
6
6
6
8
氧
8
8
8
11
钠
11
12
11
17
氯
17
18
17
①不是所有原子都有中子；②核电荷数=质子数=核外电子数= 原子序数，不一定等于中子数③原子种类由质子数和中子数决定（氢、氘、氚）④整个原子不显电性
原 子
（带正电）
（不带电）
（带负电）
（带正电）
（不带电）
讨论：原子中存在着带电的粒子，为什么整个原子不显电性？
一、原子的构成
由于原子核内质子所带正电荷与核外电子所带 负电荷数量相等、电性相反，所以原子不显电性。 可见，原子核所带的正电荷数(核电荷数)就等于 核内质子数，也等于核外电子数。
原子中存在着带电的粒子，为什么整个原子不显电性？
二、原子核外电子的排布能量低能来自高离核近离核远
（用圆圈表示）
（用“+”和数字表示）
（用弧线表示）
（用弧线上的数字表示）
第一层
第二层（最外层）
原子结构示意图：
（最外层电子数）
K层
L层
第一周期
第二周期
第三周期
原子核外电子排布规律：
①第一层最多排2个电子，第二层最多排8个电子；②最外层最多排8个电子（如果只有一层，最多排2个）③排满第一层，再排第二层，以此类推；④每个电子层最多排2n2个电子，次外层不超过18个电子
观察表格，得出什么规律？
表3-1 几种原子的构成
原子序数
原子种类
质子数
中子数
核外电子数
1
氢
1
0
1
6
碳
6
6
6
8
氧
8
8
8
11
钠
11
12
11
17
氯
17
18
17
①不是所有原子都有中子；②核电荷数=质子数=核外电子数= 原子序数，不一定等于中子数③原子种类由质子数和中子数决定（氢、氘、氚）④整个原子不显电性
原 子
（带正电）
（不带电）
（带负电）
（带正电）
（不带电）
讨论：原子中存在着带电的粒子，为什么整个原子不显电性？
一、原子的构成
由于原子核内质子所带正电荷与核外电子所带 负电荷数量相等、电性相反，所以原子不显电性。 可见，原子核所带的正电荷数(核电荷数)就等于 核内质子数，也等于核外电子数。
原子中存在着带电的粒子，为什么整个原子不显电性？
二、原子核外电子的排布能量低能来自高离核近离核远
（用圆圈表示）
（用“+”和数字表示）
（用弧线表示）
（用弧线上的数字表示）
第一层
第二层（最外层）
原子结构示意图：
（最外层电子数）
K层
L层
第一周期
第二周期
第三周期
原子核外电子排布规律：
①第一层最多排2个电子，第二层最多排8个电子；②最外层最多排8个电子（如果只有一层，最多排2个）③排满第一层，再排第二层，以此类推；④每个电子层最多排2n2个电子，次外层不超过18个电子
观察表格，得出什么规律？
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21
d、自旋量子数ms，电子本身作自旋运动。电子自旋有 顺时针和逆时针两个方向，因此，自旋量子数为1/2。
22
n, l, m 一定,轨道也确定
0
1
轨道 s
p
例如: n =2, l =0,
n =2, l =1,
n =3, l =2,
2
3……
d
f……
m =0, 2s
m =0, 2pz
m=1
2px
m= -1 2py
（负值），n越大，能级越高。直观可以认为n
为原子外电子排列的层数。E -1/n2
19
b、角量子数l, l为0，1，2，...n-1正整数，共有n个，它 表示原子轨道（或波函数）的角度分布，即电子云的形 状。例如，当l = 0, 1, 2, 3 时，原子轨道分别用s, p, d, f 表示。当n 相同时，不同l 的原子轨道称为亚层。l 越大， 能量越高。例如，主量子数n = 2 时，l 可以为 0，1，即 原子轨道可以有2s, 2p, 两个亚层，2p 电子的能量高于2s。
相应的波长为：
h / mv h / p
h 6.6261034J s P la nc k常量
13
1927年，Davisson和Germer应 用Ni晶体进行电子衍射实验，证实 电子具有波动性。
14
电子射线通过一薄晶片时发生的衍射现象
15
三、SchrÖdinger方程与量子数
1 SchrÖdinger方程
原子很小，原子核更小。原子核是由质子（正电荷） 和中子组成。
2
元素：具有同质子数的同一类原子总称为元素。 同位素：质子数相同，而中子数不同的互为同位素，如
11H, 12H, 13H
3
8.1 氢原子结构
氢原子光谱与Bohr理论 电子的波粒二象性 SchrÖdinger方程与量子数 氢原子的基态 氢原子的激发态
12 2
Eh3.28911 05s-1RH 2.17910 18JI1
E E En hv
h 3.289
10
15
1 n2
1 2
s
-1
2.`179 10 18 J / n 2
2.179 10 18
En
n2
J
12
二、电子的波粒二象性
1924年：Louis de Broglie认为： 质量为 m ,运动速度为v 的粒子,
9
原子能级
10
v3n.22 8 n191105(n112n122)s-1
E hv
6.6261034
J
s
3.2891015
(
1 n12
1 n22
)s-1
2.17910-18
(
1 n12
1 n22
)J
R
H
(
1 n12
1) n22
RH: Rydberg常数
11
EEE1 hv v3.2891015(1 1 )s-1
Ψ x, y , z Ψ r , , R rY,
17
2 四个量子数
(1) 主量子数 n
n=1, 2, 3,……
(2) 角量子数 l l0,1,2,.n ..1
(3) 磁量子数 m ml,..0 ....... .l..,
(4) 自旋量子数 ms
ms
1, 2
ms
1 2
18
a、主量子数n, n为1，2，3，4等正整数。n无 穷大时，能量为零，基态时, n=1, 能量最低
28
径向分布函数D(r)
概率2d
d 空间微体积
d4r2dr 概率 24r2dr
令D ： (r)24r2
29
五、氢原子的激发态
(2)通常保持能量最低------基态
(3)获能量激发------激发态
(4)从激发态回到基态释放光能
h E2 E1 E2 E1
h
E: 轨道的能量 ν：光的频率 h: Planck常数
8
Balmer线系
v3.289 1105 (212n12)s1
n = 3 红（Hα） n = 4 青（Hβ ） n = 5 蓝紫 （ Hγ ） n = 6 紫（Hδ ）
第八章 原子结构 8.1 氢原子结构 8.2 多电子原子结构 8.3 元素周期律
1
人类对原子的认识
19世纪英国科学家Dalton提出了原子学说－物质由 原子组成，并不可再分。同一种元素的原子质量、形状 和性质完全相同，不同元素的原子则不相同。
以后人类通过大量的科学实验证明：原子由原子核和 核外电子组成，原子核带正电荷，并位于原子中心，电子 带负电，在原子核周围空间高速运动。整个原子是电中性 的。
4
一、氢原子光谱与Bohr理论
1 光和电磁辐射
5
氢原子光谱
6
氢原子光谱特征:①不连续的,线状的. ②有规律
v3.289 1105 (212n12)s1
n= 3,4,5,6
v3n.22 8 n191105(n112n122)s-1
7
3 Bohr理论
(1)核外电子只能在有确定半径和能量的 轨道上运动,且不辐射能量;
m =0,
3dz2
23
思考题: 当n为3时, l ,m,分别可以取何值?
轨道的名称怎样?
24
四、氢原子的基态
1 总能量
E
2.1791018 n2
J
E1s 2.1791018 J
2 波函数 Ψ r , , R r Y ,
径向部分 角度部分
: R r 21源自a3 0e r /a0
: Y , 1
4
Ψ r, ,
1 e r /a0
4
a
3 0
25
Rr 2 1er/a0
a03
a0 52.9pmBohr半径
径向部分
r 0
R 0 2
1
a
3 0
r R 0
26
角度部分
Y ,
1 4π
Ψ1sr,, 是一种球形对称分布
27
3 波函数的物理意义 Ψ：描述原子核外电子运动的方式 |Ψ|2 ：原子核外发现电子的几率密度
2Ψ
x 2
2Ψ
y 2
2Ψ
z 2
8π 2 m h2
E
V
Ψ
Ψ : 波函数
E : 总能量
V : 势能
m : 质量
h : Planck 常数
x , y , z : 空间直角坐标
16
直角坐标( x,y,z)与球坐标 r,,的转换
x r sin cos y r sin sin z r cos r x2 y2 z2
s轨道
p轨道
d轨道
20
c、磁量子数ml, 表示原子轨道在空间的取向，数值可以是 0，1，2，....l，对于某个运动状态，可以有2l+1个磁 量子数。例如l＝1，ml 可以为 0，1三个不同的取向，用 px, py, pz表示。 l＝2, ml 可以为 0，1 , 2, 五个不同的取 向，用dxy, dyz, dxz, dx2-y2, dz2表示
d、自旋量子数ms，电子本身作自旋运动。电子自旋有 顺时针和逆时针两个方向，因此，自旋量子数为1/2。
22
n, l, m 一定,轨道也确定
0
1
轨道 s
p
例如: n =2, l =0,
n =2, l =1,
n =3, l =2,
2
3……
d
f……
m =0, 2s
m =0, 2pz
m=1
2px
m= -1 2py
（负值），n越大，能级越高。直观可以认为n
为原子外电子排列的层数。E -1/n2
19
b、角量子数l, l为0，1，2，...n-1正整数，共有n个，它 表示原子轨道（或波函数）的角度分布，即电子云的形 状。例如，当l = 0, 1, 2, 3 时，原子轨道分别用s, p, d, f 表示。当n 相同时，不同l 的原子轨道称为亚层。l 越大， 能量越高。例如，主量子数n = 2 时，l 可以为 0，1，即 原子轨道可以有2s, 2p, 两个亚层，2p 电子的能量高于2s。
相应的波长为：
h / mv h / p
h 6.6261034J s P la nc k常量
13
1927年，Davisson和Germer应 用Ni晶体进行电子衍射实验，证实 电子具有波动性。
14
电子射线通过一薄晶片时发生的衍射现象
15
三、SchrÖdinger方程与量子数
1 SchrÖdinger方程
原子很小，原子核更小。原子核是由质子（正电荷） 和中子组成。
2
元素：具有同质子数的同一类原子总称为元素。 同位素：质子数相同，而中子数不同的互为同位素，如
11H, 12H, 13H
3
8.1 氢原子结构
氢原子光谱与Bohr理论 电子的波粒二象性 SchrÖdinger方程与量子数 氢原子的基态 氢原子的激发态
12 2
Eh3.28911 05s-1RH 2.17910 18JI1
E E En hv
h 3.289
10
15
1 n2
1 2
s
-1
2.`179 10 18 J / n 2
2.179 10 18
En
n2
J
12
二、电子的波粒二象性
1924年：Louis de Broglie认为： 质量为 m ,运动速度为v 的粒子,
9
原子能级
10
v3n.22 8 n191105(n112n122)s-1
E hv
6.6261034
J
s
3.2891015
(
1 n12
1 n22
)s-1
2.17910-18
(
1 n12
1 n22
)J
R
H
(
1 n12
1) n22
RH: Rydberg常数
11
EEE1 hv v3.2891015(1 1 )s-1
Ψ x, y , z Ψ r , , R rY,
17
2 四个量子数
(1) 主量子数 n
n=1, 2, 3,……
(2) 角量子数 l l0,1,2,.n ..1
(3) 磁量子数 m ml,..0 ....... .l..,
(4) 自旋量子数 ms
ms
1, 2
ms
1 2
18
a、主量子数n, n为1，2，3，4等正整数。n无 穷大时，能量为零，基态时, n=1, 能量最低
28
径向分布函数D(r)
概率2d
d 空间微体积
d4r2dr 概率 24r2dr
令D ： (r)24r2
29
五、氢原子的激发态
(2)通常保持能量最低------基态
(3)获能量激发------激发态
(4)从激发态回到基态释放光能
h E2 E1 E2 E1
h
E: 轨道的能量 ν：光的频率 h: Planck常数
8
Balmer线系
v3.289 1105 (212n12)s1
n = 3 红（Hα） n = 4 青（Hβ ） n = 5 蓝紫 （ Hγ ） n = 6 紫（Hδ ）
第八章 原子结构 8.1 氢原子结构 8.2 多电子原子结构 8.3 元素周期律
1
人类对原子的认识
19世纪英国科学家Dalton提出了原子学说－物质由 原子组成，并不可再分。同一种元素的原子质量、形状 和性质完全相同，不同元素的原子则不相同。
以后人类通过大量的科学实验证明：原子由原子核和 核外电子组成，原子核带正电荷，并位于原子中心，电子 带负电，在原子核周围空间高速运动。整个原子是电中性 的。
4
一、氢原子光谱与Bohr理论
1 光和电磁辐射
5
氢原子光谱
6
氢原子光谱特征:①不连续的,线状的. ②有规律
v3.289 1105 (212n12)s1
n= 3,4,5,6
v3n.22 8 n191105(n112n122)s-1
7
3 Bohr理论
(1)核外电子只能在有确定半径和能量的 轨道上运动,且不辐射能量;
m =0,
3dz2
23
思考题: 当n为3时, l ,m,分别可以取何值?
轨道的名称怎样?
24
四、氢原子的基态
1 总能量
E
2.1791018 n2
J
E1s 2.1791018 J
2 波函数 Ψ r , , R r Y ,
径向部分 角度部分
: R r 21源自a3 0e r /a0
: Y , 1
4
Ψ r, ,
1 e r /a0
4
a
3 0
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Rr 2 1er/a0
a03
a0 52.9pmBohr半径
径向部分
r 0
R 0 2
1
a
3 0
r R 0
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角度部分
Y ,
1 4π
Ψ1sr,, 是一种球形对称分布
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3 波函数的物理意义 Ψ：描述原子核外电子运动的方式 |Ψ|2 ：原子核外发现电子的几率密度
2Ψ
x 2
2Ψ
y 2
2Ψ
z 2
8π 2 m h2
E
V
Ψ
Ψ : 波函数
E : 总能量
V : 势能
m : 质量
h : Planck 常数
x , y , z : 空间直角坐标
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直角坐标( x,y,z)与球坐标 r,,的转换
x r sin cos y r sin sin z r cos r x2 y2 z2
s轨道
p轨道
d轨道
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c、磁量子数ml, 表示原子轨道在空间的取向，数值可以是 0，1，2，....l，对于某个运动状态，可以有2l+1个磁 量子数。例如l＝1，ml 可以为 0，1三个不同的取向，用 px, py, pz表示。 l＝2, ml 可以为 0，1 , 2, 五个不同的取 向，用dxy, dyz, dxz, dx2-y2, dz2表示