无机化学原子结构优秀课件

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 xp 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。
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
v3.289 1105 (212n12)s1
n = 3 红（Hα）
8 π h 2 2 m E V
玻尔理论对于代表氢原子线状光谱规律性的 Rydberg 公式经验公式的解释，是令人满意的。
玻尔理论极其成功地解释了氢原子光谱，但 它的原子模型仍然有着局限性。玻尔理论虽然引 用了 Planck 的量子论，但在计算氢原子的轨道半 径时，仍是以经典力学为基础的，因此它不能正 确反映微粒运动的规律，所以它为后来发展起来 的量子力学和量子化学所取代势所必然。
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。
但是对于 m = 0.01 kg 的宏观物体，例如子弹， h/2πm 的数量级为 10-32。假设位置的测量偏差 x 达到 10-9 m，这个精度完全满足要求，其速度的测量偏差 v 尚可以达到 10-23 ms-1。这个偏差已经小到在宏观上无法 觉察的程度了。
微观粒子的波动性与粒子行为的统 计性规律联系在一起，表现为：
Hβ 486.1 6.07
Hα 656.3 4.57
/nm ( 1014 ) /s1
c 光c 速 2.99 18 8m 0s 1
氢原子光谱特征： • 不连续光谱，即线状光谱 • 其频率具有一定的规律
经验公式：
v3.281 9105 (212n12)s1 n= 3,4,5,6
式中 2，n，3.289×1015各代表什么意义？
§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
1924年，de Broglie关系式
E=hν , p =h/λ
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。
RH = 2.179×10-18J 当 n 1 1 ， n 2 时 E 2 ， .1 1 7 1 J 0 9 ， 8
这就是氢原子的电离能 。
氢原子各能级的能量： n 1 1 ， E 1 R H 1 1 2 2 .1 7 19 1 0 J 8 n 2 2 ， E 2 R H 2 1 2 5 .4 5 1 1 0 J 9 n 3 3 ， E 3 R H 3 1 2 2 .4 2 1 1 0 J 9 … En R nH 2 J
量子力学模型(1926年)
8.1.2 氢原子光谱
1.光和电磁辐射
红
橙 黄绿 青 蓝
紫
2.氢原子光谱
用如图所示的实验装置，可以得到氢的 线状光谱，这是最简单的一种原子光谱。
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，见下图 。
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Hδ Hγ 410.2 434.0 7.31 6.91
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
Ｅ＝hν Ｅ—光子的能量
ν—光的频率 h—Planck常量， h =6.626×10-34J·s
Bohr理论(三点假设)：
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；
微观粒子的波动性是大量微粒运动 表现出来的性质，即是具有统计意义的 概率波。
这种统计的结果表明，对于微观粒子的运动，虽 然不能同时准确地测出单个粒子的位置和动量，但它 在空间某个区域内出现的机会的多与少，却是符合统 计性规律的。
从电子衍射的环纹看，明纹就是电子出现机会多 的区域，而暗纹就是电子出现机会少的区域。所以说 电子的运动可以用统计性的规律去进行研究。
无机化学原子结构优秀课件
§8.1 原子结构的Bohr理论
8.1.1 历史的回顾 8.1.2 氢原子光谱 8.1.3 Bohr原子结构理论
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)
§8.3 氢原子结构的量子力学描述
8.3.1 Schro••dinger方程与波函数 8.3.2 量子数 8.3.3 概率密度与电子云 8.3.4 原子轨道与电子云
的空间图像
8.3.1 Schro••dinger方程与波函数
Schrödinger 方程是一个二阶偏微分方程
2
2
2
x2 y2 z2
n = 4 青（Hβ ）
n = 5 蓝紫（ Hγ ）
n = 6 紫（Hδ ）
其它线系
v3.2891105(11)s-1 n12 n22
n2 n1
能级间能量差 ERH(n112 n122)
式中： RH 为Rydberg常数，其值：
Ehv
26 .6 .1 72 11 90-1 6 3 80 (J n4 112s n3 122.2 )J 8 11 9 0 (5 n 1 1 2n 1 2 2)s-1