物质结构基础 (2)优秀课件
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根据当时的物理学概念, 带电微粒在 力场中运动时总要产生电磁辐射并逐渐 失去能量, 运动着的电子轨道会越来越小 , 最终将与原子核相撞并导致原子毁灭. 由于原子毁灭的事实从未发生, 将经典物 理学概念推到前所未有的尴尬境地.
1913年,丹麦科学家玻尔 提出的氢原子结构的量
子力学模型 假设原子中电子只能以一
( 2 x 2 2 y 2 2 z 2)8h2 2m (EV)0
Ψ称为波函数，是薛定谔方程的解。它不是 一个具体的数，而是用空间坐标描述波的数学函 数式。
在量子力学中，波函数和原子轨道含义相同。
在求解薛定谔方程过程中，可以自然导出主量子数 n、角量子数 l 和磁量子数 m。这三个量子数的组合可 以表达出波函数（或原子轨道）的状态。
2. 核的体积只占整个原子体积极小的一部分； 3. 原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上； 4. 电子像行星绕着太阳那样绕核运动.
卢瑟夫原子结构模型的成功之处和存在的问题
在对粒子散射实验结果的解释上, 新模型的成功是显而易见的, 至少要点中的前三点是如此. 问题出在第4点, 尽管卢瑟夫正确地认 识到核外电子必须处于运动状态, 但将电子与核的关系比作行星与 太阳的关系, 却是一幅令人生疑的图像.
电子的波-粒二象性
1924年，德•布罗意提出： 微观粒子（如电子、原子等） 也具有波-粒二象性。
这个假说随后也得到了实 验验证：
微粒性 — 阴极射线的 有关实验
波动性 — 电子衍射实验
电子通过A1箔和石墨的衍射图
概率—统计性 量子力学认为，原子中个别电子运动的轨道是
无法确定的，即没有确定的轨道。但原子中电子在 原子核外的分布是有规律的：
本章主要内容
氢原子结构的近代概念 多电子原子结构和周期系 化学键与分子间作用力 晶体结构 配位化合物
5.1 原子结构的近代概念
经典物理学概念下的原子结构:
Rutherford 根据 粒子散射实验，创
立了关于原子结构的 “太阳-行星模型 ”. 其要点是：
1. 所有原子都有一个核即原子核(nucleus)；
当角量子数l相同时，随着主量子数n值的增 大，轨道能量升高。例如：E1S<E2S<E3S等。
当主量子数n相同时，随着角量子数l值的增 大轨道能量升高。例如：Ens<Enp<End<Enf
式中 R（r）表示波函数的径向部分， Y（ θ ，ɸ）表示波函数的角度部分
若将波函数的角 度部分 Y (θ, ɸ ) 随 θ、ɸ 角而变化的规 律以球坐标作图， 可以得到波函数或 原子轨道的角度分 布图。
5.1.2 电子云
1.电子云和概率密度 波函数平方（Ψ2）可反映电子在空间某位置
上单位体积内出现的几率大小，即概率密度。
固定半径 r 绕原子核作圆周运 动，同时不辐射能量，只有当 电子在不同轨道上发生跃迁时 才能放出或吸收能量。
氢原子的轨道半径r、能量E以及电子从高能态
跃迁至低能态时辐射光的频率ν之间的关系如下：
r =α0 n2
E = - 1312 kJ•mol-1
n2
ν = 3.29X1015（
1
n
2 1
-Βιβλιοθήκη Baidu
1
n
2 2
物质结构基础 (2)优秀课件
注册结构师基础考试大纲对本章要求的内容
原子核外电子分布、原子离子的电子结 构式、原子轨道和电子云概念、周期表结构、 周期、族、原子结构与周期表关系、元素性 质及氧化物及其水合物的酸碱性递变规律、 离子键特征、共价键特征和类型、分子结构 式、杂化轨道及分子空间构型、极性分子与 非极性分子、分子间力与氢键
1. 波函数和量子数
2. （1）主量子数 n
3.
n 是确定电子离核远近和能级的主要参数。
n = 1、2、3、4、… 正整数。
1.
n 值越大，电子离核越远，所处状态的能级越高。
（2）角量子数 l
角量子数确定原子轨道的形状和能量。 l = 0、1、2…（n-1） 当 l = 0，1，2，3
对应原子轨道为 s，p，d，f 多电子原子中电子的能量决定于n和l 。
）
式中α0 = 0.053 nm，称为玻尔半径，
n = 1，2，3，4…，成称为主量子数，n1 < n2
波尔理论的成功之处
● 解释了 H 及 He+、Li2+、B3+ 的原子光谱 ● 说明了原子的稳定性 ● 对其他发光现象（如Ｘ光的形成）也能解释 ● 计算氢原子的电离能
波尔理论的不足之处
● 不能解释氢原子光谱的精细结构 ● 不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂 ● 不能解释多电子原子的光谱
核外空间某些区域电子出现的概率较大，而另 一些区域电子出现的概率较小。也就是说，电子运 动的规律具有统计性。
电子在原子核外空间某处单位体积内出现的概 率，称为概率密度。
电子运动的统计性
个别电子的运动
大量电子的运动
5.1.1 波函数
1926年，薛定谔根据波、粒 二项性的概念提出了一个描述微 观粒子运动状态的基本方程—— 薛定谔方程。
Ψ2 ∝ρ
用小点的疏密程 度表示几率密度分布 的图形叫做电子云。
• 电子云角度分布图
氢原子1S电子云
电子云示意图
BACK
Py轨道
Px轨道
Pz轨道
P轨道
dxy 轨道
dxz 轨道
dyz 轨道
dx2-y2 轨道
dz2 轨道
f 轨道
5.2 多电子原子的电子分布方式和周期系
5.2.1 多电子原子轨道的能级
（3）磁量子数 m
磁量子数决定原子轨道的空间取向。 m = 0， ± 1， ± 2，… ± l 。 一个l 可以有（2 l +1）个 m 数值，
l =0，m=0 有一种空间取向， S 轨道 l =1，m=0， ± 1，有三种空间取向，即
Px轨道、 Py轨道、Pz轨道。 l =2，m=0， ± 1， ± 2，有五种空间取向。
dxy、dyz、dxz、dx2-y2、dz2
（4）自旋量子数 ms • ms = ± ，表示电子的两种自旋状态，
常用“↑”或“↓”表示。 • 自旋反平行 ——“↑↓”或“↓↑” • 自旋平行 ——“↑↑”或“↓↓”
2. 波函数（原子轨道）的角度分布图
原子中电子运动状态的波函 数常以球坐标表示。
x = r Sinθ Conɸ y = r Sinθ Sinɸ z = r Conθ Ψ（r, θ, ɸ）= R(r)•Y(θ,ɸ)
1913年,丹麦科学家玻尔 提出的氢原子结构的量
子力学模型 假设原子中电子只能以一
( 2 x 2 2 y 2 2 z 2)8h2 2m (EV)0
Ψ称为波函数，是薛定谔方程的解。它不是 一个具体的数，而是用空间坐标描述波的数学函 数式。
在量子力学中，波函数和原子轨道含义相同。
在求解薛定谔方程过程中，可以自然导出主量子数 n、角量子数 l 和磁量子数 m。这三个量子数的组合可 以表达出波函数（或原子轨道）的状态。
2. 核的体积只占整个原子体积极小的一部分； 3. 原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上； 4. 电子像行星绕着太阳那样绕核运动.
卢瑟夫原子结构模型的成功之处和存在的问题
在对粒子散射实验结果的解释上, 新模型的成功是显而易见的, 至少要点中的前三点是如此. 问题出在第4点, 尽管卢瑟夫正确地认 识到核外电子必须处于运动状态, 但将电子与核的关系比作行星与 太阳的关系, 却是一幅令人生疑的图像.
电子的波-粒二象性
1924年，德•布罗意提出： 微观粒子（如电子、原子等） 也具有波-粒二象性。
这个假说随后也得到了实 验验证：
微粒性 — 阴极射线的 有关实验
波动性 — 电子衍射实验
电子通过A1箔和石墨的衍射图
概率—统计性 量子力学认为，原子中个别电子运动的轨道是
无法确定的，即没有确定的轨道。但原子中电子在 原子核外的分布是有规律的：
本章主要内容
氢原子结构的近代概念 多电子原子结构和周期系 化学键与分子间作用力 晶体结构 配位化合物
5.1 原子结构的近代概念
经典物理学概念下的原子结构:
Rutherford 根据 粒子散射实验，创
立了关于原子结构的 “太阳-行星模型 ”. 其要点是：
1. 所有原子都有一个核即原子核(nucleus)；
当角量子数l相同时，随着主量子数n值的增 大，轨道能量升高。例如：E1S<E2S<E3S等。
当主量子数n相同时，随着角量子数l值的增 大轨道能量升高。例如：Ens<Enp<End<Enf
式中 R（r）表示波函数的径向部分， Y（ θ ，ɸ）表示波函数的角度部分
若将波函数的角 度部分 Y (θ, ɸ ) 随 θ、ɸ 角而变化的规 律以球坐标作图， 可以得到波函数或 原子轨道的角度分 布图。
5.1.2 电子云
1.电子云和概率密度 波函数平方（Ψ2）可反映电子在空间某位置
上单位体积内出现的几率大小，即概率密度。
固定半径 r 绕原子核作圆周运 动，同时不辐射能量，只有当 电子在不同轨道上发生跃迁时 才能放出或吸收能量。
氢原子的轨道半径r、能量E以及电子从高能态
跃迁至低能态时辐射光的频率ν之间的关系如下：
r =α0 n2
E = - 1312 kJ•mol-1
n2
ν = 3.29X1015（
1
n
2 1
-Βιβλιοθήκη Baidu
1
n
2 2
物质结构基础 (2)优秀课件
注册结构师基础考试大纲对本章要求的内容
原子核外电子分布、原子离子的电子结 构式、原子轨道和电子云概念、周期表结构、 周期、族、原子结构与周期表关系、元素性 质及氧化物及其水合物的酸碱性递变规律、 离子键特征、共价键特征和类型、分子结构 式、杂化轨道及分子空间构型、极性分子与 非极性分子、分子间力与氢键
1. 波函数和量子数
2. （1）主量子数 n
3.
n 是确定电子离核远近和能级的主要参数。
n = 1、2、3、4、… 正整数。
1.
n 值越大，电子离核越远，所处状态的能级越高。
（2）角量子数 l
角量子数确定原子轨道的形状和能量。 l = 0、1、2…（n-1） 当 l = 0，1，2，3
对应原子轨道为 s，p，d，f 多电子原子中电子的能量决定于n和l 。
）
式中α0 = 0.053 nm，称为玻尔半径，
n = 1，2，3，4…，成称为主量子数，n1 < n2
波尔理论的成功之处
● 解释了 H 及 He+、Li2+、B3+ 的原子光谱 ● 说明了原子的稳定性 ● 对其他发光现象（如Ｘ光的形成）也能解释 ● 计算氢原子的电离能
波尔理论的不足之处
● 不能解释氢原子光谱的精细结构 ● 不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂 ● 不能解释多电子原子的光谱
核外空间某些区域电子出现的概率较大，而另 一些区域电子出现的概率较小。也就是说，电子运 动的规律具有统计性。
电子在原子核外空间某处单位体积内出现的概 率，称为概率密度。
电子运动的统计性
个别电子的运动
大量电子的运动
5.1.1 波函数
1926年，薛定谔根据波、粒 二项性的概念提出了一个描述微 观粒子运动状态的基本方程—— 薛定谔方程。
Ψ2 ∝ρ
用小点的疏密程 度表示几率密度分布 的图形叫做电子云。
• 电子云角度分布图
氢原子1S电子云
电子云示意图
BACK
Py轨道
Px轨道
Pz轨道
P轨道
dxy 轨道
dxz 轨道
dyz 轨道
dx2-y2 轨道
dz2 轨道
f 轨道
5.2 多电子原子的电子分布方式和周期系
5.2.1 多电子原子轨道的能级
（3）磁量子数 m
磁量子数决定原子轨道的空间取向。 m = 0， ± 1， ± 2，… ± l 。 一个l 可以有（2 l +1）个 m 数值，
l =0，m=0 有一种空间取向， S 轨道 l =1，m=0， ± 1，有三种空间取向，即
Px轨道、 Py轨道、Pz轨道。 l =2，m=0， ± 1， ± 2，有五种空间取向。
dxy、dyz、dxz、dx2-y2、dz2
（4）自旋量子数 ms • ms = ± ，表示电子的两种自旋状态，
常用“↑”或“↓”表示。 • 自旋反平行 ——“↑↓”或“↓↑” • 自旋平行 ——“↑↑”或“↓↓”
2. 波函数（原子轨道）的角度分布图
原子中电子运动状态的波函 数常以球坐标表示。
x = r Sinθ Conɸ y = r Sinθ Sinɸ z = r Conθ Ψ（r, θ, ɸ）= R(r)•Y(θ,ɸ)