化学_原子结构

null第三章 原子结构第三章 原子结构 §3-1 原子核外电子运动状态 电子围绕原子核高速运转， 从最简单的原子氢光谱开始研究 1.氢原子光谱 1.氢原子光谱 （1）实验事实：当极少量的高纯氢气在高真空玻璃管中，加入高电压使之放电，管中发出光束，使这种光经过分光作用。在可见光区得到四条颜色不用的谱线，如下图所示，这种光谱叫做不连续光谱或线状光谱。所有的原子光谱都是线性光谱。 null1.氢原子光谱 1.氢原子光谱 （2）实验总结： 1885年，瑞士一位中学物理教师J.J.Balmar(巴尔多)指出，上述谱线的频率符合下列公式： ν=3.289╳1015( )s-1 由此公式可算出： 当n＝3时，是Hα的频率 当n＝4时，是Hβ的频率 当n＝5时，是Hγ的频率 当n＝6时，是Hδ的频率 2.Bohr理论： 2.Bohr理论： 1913年，丹麦物理学家N.Bohr首次认识到氢原子光谱与结构之间的内在联系，并提出了氢原子结构模型。 并用经典的牛顿 力学推导了结论2.Bohr理论： 2.Bohr理论： (1)Bohr的原子结构理论的三点假设 : 原子核外的电子只能在有确定的半径和能量的轨道上运动。 电子在这些轨道上运动时并不辐射能量。 在正常情况下，原子中的电子尽可能处在离核最近的轨道上。这时原子的能量最低，即原子处于基态。当原子受到辐射，加热或通电时获得能量后电子可能跃迁到离核较远的轨道上去。即电子被激发到高能量的轨道上，这时原子处于激发态。 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。 光的频率ν＝ 式中：E1————离核较近的轨道的能量 E2————离核较远的轨道的能量 null轨道 基态、激发态 引入量子数－n，1、2、3…2.Bohr理论： 2.Bohr理论： Bohr在其三点假设的基础上，运用牛顿力学定律推算出下列关系式： r=a0n2 E=－ KJ.mol－1 ν=3.29╳1015( )s-1 (n190％；界面外电子出现的几率<10％（可忽略不计）。 null3.电子云径向分布图 (2)径向分布函数图： 1)径向分布函数： ∵几率＝几率密度×体积 对1s电子，在离核距离为r，厚度为dr的薄球壳内出现的几率＝ dV，而球面的面积A＝4Пr2，则球壳的体积dV＝4Пr2dr，如右图所示。 所以电子在球壳内出现的几率＝ .4Пr2dr 令D（r）＝4Пr2 ，则D（r）叫做电子云的径向分布函数，它是r的函数。它表示电子在核外空间出现的几率随r的变化情况。 null3.电子云径向分布图 (2)径向分布函数图： 2)径向分布函数图： 以D（r）－r作图，如下图所示： null3.电子云径向分布图 (2)径向分布函数图： 2)径向分布函数图： 由图中可见： 随n增大，电子离核平均距离增大，如1s<2s<3s, 2p<3p<4p 当n相同而l不同时，电子离核平均距离较接近，如3s,3p,3d相差不多。 所以，通常把n相同的原子轨道合并一个电子层，把n、L都相同的原子轨道合并为一个电子亚层。 nullnull多电子原子结构 多电子原子轨道的能级 多电子原子核外电子排布和周期系 null多电子原子轨道的能级: 在已发现的109种元素中，H原子（类氢原子）核外只有一个电子，只存在电子与原子核的作用，可以解Schodinger方程得到精确解。除此之外的其他原子，均是多电子原子。不仅存在电子与核的作用，且存在电子之间的相互作用，难以用Schodinger方程得到精确解。只能用光谱实验的数据，经过理论分析得到。 null1.屏蔽效应以He原子为例：He原子核外有2个电子，因此，He原子中存在：核外电子的作用；电子与电子之间的作用，情况比H原子复杂的许多。Slater屏蔽模型把电子2对电子1的作用，看做电子2抵清了一部分核电荷对电子1的作用，即电子2对电子1有屏蔽作用（同样地电子1对电子2也有屏蔽作用），这样，实际作用于电子1（或电子2）地核电荷叫做有效核电荷（Z*），因此，多电子原子轨道的能级为null2.Pauling近似能级图 L．Pauling（贝尔化学奖获得者）根据光谱试验数据及理论计算结果，总结出多电子原子的近似能级图: null2.Pauling近似能级图 由图可见： l相同时，能级高低由n决定:如E1s