大学无机化学(药学类)原子结构
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
的 x或 很小的缘故。
1. 对于 m = 10 克的子弹，它的位置可精确到x ＝ 0.01 cm,其速度测不准情况为：
h 4mx
6. 612 0 34 43.1 4 1 0 10 30.0 4 10 2
5 .2 7 1 2 0 m 9s 1
在测量误差范围内。
Bohr的原子结构理论 ：
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。
2. 通常，电子处在离核最近的轨道上，能量 最低—基态； 原子得能量后，电子被激发 到高能轨道上，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。
第二节 氢原子的量子力学模型
大学无机化学(药 学类)原子结构
浓缩了全世界1/3智慧的照片
与儿子 1914物理
1936化学
1933物理1927
1929 物理
哥本哈根学派
物理 德布罗1物9理415932物理 1954物理
意
1922物理
1903物理 1911化学 明星主持人
1921物理
与塞曼 1902物理
1921物理， 在上海收到
“世界只在两件事情上还会想到我：一是我于 1941年到哥本哈根拜访过尼尔斯·玻尔，二是我的测 不准原理”。这是海森堡经常挂在嘴边的话。
微观粒子，不能同时准确测量其位置和动量。 具有波动性的粒子没有确定的运动轨道或轨迹。 微观粒子不同于宏观物体,它们的运动是无轨迹的，
即在一确定的时间没有一确定的位置。
1. 波粒二象性 wave-particle duality 2. 不确定原理，测不准原理 uncertainty principle 3. 波函数 wave functions
一、 微观粒子的波粒二象性
(一) 光的波粒二象性
光的波动性λ（波长）和光的微粒性p（动量）
之间有如下关系式：
p h
或 mc h
例
近代原子结构理论：氢原子光谱 1913年，玻尔，Neils Bohr，丹麦 1922 年, 诺贝尔奖 与爱因斯坦比肩的伟大科学家
在普朗克（Planck）的量子论，爱因斯坦光子 学说和卢瑟福有核原子模型基础上，提出了玻尔定 态原子结构理论，初步解释了氢原子线状光谱产生 的原因和光谱的规律性，建立了关于原子结构的初 步量子理论（旧量子论）。
1944年 ，薛定谔著《生命是什么》一书，试图 用热力学、量子力学和化学理论来解释生命的本性， 使薛定谔成为蓬勃发展的分子生物学的先驱。
The history of formalism of quantum mechanics
Schrödinger’s equation
22282m
波粒二象性是微观粒子的基本属性。 物质波是大量粒子在统计行为下的几率波。
(三) 测不准原理，不确定原理
海森堡，Werner Heisenberg, 德国，1927
海森堡（1901年－1976年），德国著名物理 学家，量子力学的创立人。他于20世纪20年代创立 的量子力学，可用于研究电子、质子、中子以及原 子和分子内部的其它粒子的运动，从而引发了物理 界的巨大变化，开辟了20世纪物理时代的新纪元。 为此，1932年，他获得诺贝尔物理奖，成为继爱因 斯坦和波尔之后的世界级的伟大科学家。
x ·px ≥h / 4π或 x ≥ h/4πm
p ——粒子动量的不准确量 x —— 粒子的位置不准确量
——粒子的运动速度不准确量
W. Heisenberg 1901wenku.baidu.com1976
粒子位置测定得越准确（ x 越小），它的
动量的不准确度就越大（ 越大），反之亦然。
宏观物体之所以有确定的运动轨道，是由于 h的值很小，m的值很大，由不确定关系式所确定
粒子性
波动性
m —— 光子的运动质量
c —— 光速
(二) 物质波假设 法国年轻的物理学家 Louis de Broglie
( 1892 — 1987 )，因发现电子的波动性，获得1929年 诺贝尔物理学奖。出生于法国迪耶普城一个古老而显赫 的贵族世家，有亲王头衔。
1924年， 观点：所有运动着的物体（包括所有的 微观粒子）都具有波动的性质（地球也会波动！）。
1927年索尔维会议
汤姆森 德布罗意
卢瑟福 海森堡
普朗克 薛定谔
玻尔 小爱
第一节 玻尔(Bohr)的氢原子模型
原子结构的认识史
道尔顿－－汤姆逊－－卢瑟福－→玻尔理论－→薛定谔
太阳光或白炽灯，发出混合光，经三棱镜折射， 分成红、橙、黄、绿、蓝、紫等不同波长的光，得 到的光谱是连续光谱。
• 原子线状光谱
∴ 对宏观物体可同时测定位置与速度
2. 对于微观粒子如电子, m = 9.11 10-31 Kg, 半径 r = 10-10 m，则x至少要达到10-11 m才相对准确，则其速 度的测不准情况为：
h 4mx
6.621034
43.149.1110311011
5.29106ms1
速度不准确程度过大
∴若m非常小，其位置与速度是不能同时准确测定的
海森堡之墓志铭 “He lies somewhere here"
二、氢原子的量子力学模型
在德布罗意物质波基础上，1926年薛定谔提出 用波动方程描述微观粒子运动状态的理论，后称薛定 谔方程，奠定了波动力学的基础，因而与P.A.M.狄拉 克共获1933 年诺贝尔物理学奖 。
1927年此理论被证实是正确的。 从而他于1929年获得诺贝尔物理 学奖。
De Broglie (1924) 认为电子具有波的性质:
物质波公式，de Broglie关系式
代表波动性，称为 物质波或德布罗意波
h/ p h m
p代表物质的粒子性
1927年，美国物理学家戴维森（C·J·Davisson）和 革默（L·S·Germer），电子衍射实验: 实验：电子束通过镍箔时，可得到衍射图。
x2 y2 z2h2 (E V ) 0
（Psi）－波函数，是空间坐标（x，y，z）的函数。
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，atomic orbital。 E－体系中电子的总能量 V——体系电子的总势能 m —电子质量 h —普朗克常数 x,y, z 为微粒的空间坐标
1. 对于 m = 10 克的子弹，它的位置可精确到x ＝ 0.01 cm,其速度测不准情况为：
h 4mx
6. 612 0 34 43.1 4 1 0 10 30.0 4 10 2
5 .2 7 1 2 0 m 9s 1
在测量误差范围内。
Bohr的原子结构理论 ：
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。
2. 通常，电子处在离核最近的轨道上，能量 最低—基态； 原子得能量后，电子被激发 到高能轨道上，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。
第二节 氢原子的量子力学模型
大学无机化学(药 学类)原子结构
浓缩了全世界1/3智慧的照片
与儿子 1914物理
1936化学
1933物理1927
1929 物理
哥本哈根学派
物理 德布罗1物9理415932物理 1954物理
意
1922物理
1903物理 1911化学 明星主持人
1921物理
与塞曼 1902物理
1921物理， 在上海收到
“世界只在两件事情上还会想到我：一是我于 1941年到哥本哈根拜访过尼尔斯·玻尔，二是我的测 不准原理”。这是海森堡经常挂在嘴边的话。
微观粒子，不能同时准确测量其位置和动量。 具有波动性的粒子没有确定的运动轨道或轨迹。 微观粒子不同于宏观物体,它们的运动是无轨迹的，
即在一确定的时间没有一确定的位置。
1. 波粒二象性 wave-particle duality 2. 不确定原理，测不准原理 uncertainty principle 3. 波函数 wave functions
一、 微观粒子的波粒二象性
(一) 光的波粒二象性
光的波动性λ（波长）和光的微粒性p（动量）
之间有如下关系式：
p h
或 mc h
例
近代原子结构理论：氢原子光谱 1913年，玻尔，Neils Bohr，丹麦 1922 年, 诺贝尔奖 与爱因斯坦比肩的伟大科学家
在普朗克（Planck）的量子论，爱因斯坦光子 学说和卢瑟福有核原子模型基础上，提出了玻尔定 态原子结构理论，初步解释了氢原子线状光谱产生 的原因和光谱的规律性，建立了关于原子结构的初 步量子理论（旧量子论）。
1944年 ，薛定谔著《生命是什么》一书，试图 用热力学、量子力学和化学理论来解释生命的本性， 使薛定谔成为蓬勃发展的分子生物学的先驱。
The history of formalism of quantum mechanics
Schrödinger’s equation
22282m
波粒二象性是微观粒子的基本属性。 物质波是大量粒子在统计行为下的几率波。
(三) 测不准原理，不确定原理
海森堡，Werner Heisenberg, 德国，1927
海森堡（1901年－1976年），德国著名物理 学家，量子力学的创立人。他于20世纪20年代创立 的量子力学，可用于研究电子、质子、中子以及原 子和分子内部的其它粒子的运动，从而引发了物理 界的巨大变化，开辟了20世纪物理时代的新纪元。 为此，1932年，他获得诺贝尔物理奖，成为继爱因 斯坦和波尔之后的世界级的伟大科学家。
x ·px ≥h / 4π或 x ≥ h/4πm
p ——粒子动量的不准确量 x —— 粒子的位置不准确量
——粒子的运动速度不准确量
W. Heisenberg 1901wenku.baidu.com1976
粒子位置测定得越准确（ x 越小），它的
动量的不准确度就越大（ 越大），反之亦然。
宏观物体之所以有确定的运动轨道，是由于 h的值很小，m的值很大，由不确定关系式所确定
粒子性
波动性
m —— 光子的运动质量
c —— 光速
(二) 物质波假设 法国年轻的物理学家 Louis de Broglie
( 1892 — 1987 )，因发现电子的波动性，获得1929年 诺贝尔物理学奖。出生于法国迪耶普城一个古老而显赫 的贵族世家，有亲王头衔。
1924年， 观点：所有运动着的物体（包括所有的 微观粒子）都具有波动的性质（地球也会波动！）。
1927年索尔维会议
汤姆森 德布罗意
卢瑟福 海森堡
普朗克 薛定谔
玻尔 小爱
第一节 玻尔(Bohr)的氢原子模型
原子结构的认识史
道尔顿－－汤姆逊－－卢瑟福－→玻尔理论－→薛定谔
太阳光或白炽灯，发出混合光，经三棱镜折射， 分成红、橙、黄、绿、蓝、紫等不同波长的光，得 到的光谱是连续光谱。
• 原子线状光谱
∴ 对宏观物体可同时测定位置与速度
2. 对于微观粒子如电子, m = 9.11 10-31 Kg, 半径 r = 10-10 m，则x至少要达到10-11 m才相对准确，则其速 度的测不准情况为：
h 4mx
6.621034
43.149.1110311011
5.29106ms1
速度不准确程度过大
∴若m非常小，其位置与速度是不能同时准确测定的
海森堡之墓志铭 “He lies somewhere here"
二、氢原子的量子力学模型
在德布罗意物质波基础上，1926年薛定谔提出 用波动方程描述微观粒子运动状态的理论，后称薛定 谔方程，奠定了波动力学的基础，因而与P.A.M.狄拉 克共获1933 年诺贝尔物理学奖 。
1927年此理论被证实是正确的。 从而他于1929年获得诺贝尔物理 学奖。
De Broglie (1924) 认为电子具有波的性质:
物质波公式，de Broglie关系式
代表波动性，称为 物质波或德布罗意波
h/ p h m
p代表物质的粒子性
1927年，美国物理学家戴维森（C·J·Davisson）和 革默（L·S·Germer），电子衍射实验: 实验：电子束通过镍箔时，可得到衍射图。
x2 y2 z2h2 (E V ) 0
（Psi）－波函数，是空间坐标（x，y，z）的函数。
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，atomic orbital。 E－体系中电子的总能量 V——体系电子的总势能 m —电子质量 h —普朗克常数 x,y, z 为微粒的空间坐标