2018安徽安徽高中化学竞赛无机化学原子结构和元素周期律VIP专享VIP免费

2018安徽安徽高中化学竞赛无机化学第四章原子结构和元素周期律1/13第四章原子结构和元素周期律4.1.01微观粒子运动的特殊性质：微观粒子具有波粒二象性。从电子枪中射出的一个电子，打击到屏上，无法预测其击中的位置。这时体现出的只是它的粒子性。时间长了，从电子枪中射出的电子多了，屏幕上显出明暗相间的有规律的环纹。这是大量的单个电子的粒子性的统计结果。具有波粒二象性的微观粒子，不能同时测准其位置和动量。微观粒子的运动遵循该原理。虽然不能同时测准单个电子的位置和速度，但是电子在哪个区域内出现的机会多，在哪个区域内出现的机会少，却有一定的规律。例如电子衍射图中的明纹就是电子出现机会多的区域，而暗纹则是电子出现机会少的区域。所以说电子的运动具有统计性的规律。4.1.02波函数：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，经常用希腊字母表示。4.1.03薛定谔方程：1926年，奥地利物理学家薛定谔（Sch?dinger）提出一个偏微分方程——薛定谔方程，波函数就是通过解薛定谔方程得到的。在解方程过程中，需要引入三个参数n，l和m。且只有当n，l和m的取值满足某些要求时，解得的波函数才是合理的解。最终得到的波函数是一系列三变量、三参数的函数=R（r）?（）?（）由薛定谔方程解出来的描述电子运动状态的波函数，在结构化学上称为原子轨道。但它与经典的轨道意义不同，是一种轨道函数，有时称轨函。解出每一个原子轨道，都同时解得一个特定的能量E与之相对应。对于氢原子来说eV16.132nE（r，，）n，l，m2018安徽安徽高中化学竞赛无机化学第四章原子结构和元素周期律2/13式中n是参数，eV是能量单位。4.2.01主量子数n：n称为主量子数，其取值仅为1，2，3，4，⋯⋯，等正整数。光谱学上依次用K，L，M，N⋯⋯表示。主量子数n的的大小，表示核外电子离核的远近，或者电子所在的电子层数。n=1表示第一层（K层），离核最近。n越大离核越远。单电子体系，电子的能量E由主量子数n决定eV6.1322nZE式中E为电子能量，Z为原子序数，eV为电子伏特，是能量单位，1eV=1.60210－19J。4.2.02角量子数l：l称为角量子数，其取值受主量子数n的限制。对于确定的主量子数n，角量子数l可以为0，1，2，3，4⋯⋯（n－1），共n个值。光谱学上依次用s，p，d，f，g⋯⋯表示。角量子数l的大小决定原子轨道的形状，例如l=0表示s轨道，球形，l=1表示p轨道，哑铃形，l=2表示d轨道，花瓣形，l=3表示f轨道，其形状更为复杂。同层中（即n相同）不同形状的轨道称为亚层，也叫分层。就是说核外第4层有4个亚层或分层。电子绕核运动时，不仅具有能量，而且具有角动量。角动量M的模|M|的大小，由角量子数l决定)1(2llhM在多电子原子中，n相同，l不同的原子轨道，角量子数l越大的，其能量E越大。4.2.03推算主量子数n为定值的原子轨道数目，并分别用3个量子数n，l，m对每个轨道加以描述：见《简明无机化学》2版例4.1。4.2.04磁量子数m：2018安徽安徽高中化学竞赛无机化学第四章原子结构和元素周期律3/13m称为磁量子数，其取值受角量子数l的影响。对于确定的l，m可取0，1，2，3，⋯⋯，l等，共（2l+1）个值。磁量子数m决定原子轨道的空间取向。m取值的数目，与轨道不同空间取向的数目是对应的。m的不同取值，一般不影响能量，称m取值相同的原子轨道为能量简并轨道。磁量子数m的取值决定轨道角动量在z轴上的分量Mz。Mz可以由如下公式求得Mz=m2h由轨道角动量在z轴上的分量Mz，进一步可以知道角动量的矢量方向与z轴的夹角。4.2.05自旋磁量子数ms：电子自旋角动量沿外磁场方向上的分量，用Msz表示，且有如下关系式Msz=ms2h式中ms为自旋磁量子数。ms的取值只有两个，即ms=21，所以电子的自旋方式只有两种，通常用和表示。概率和概率密度：概率是指电子在空间某一区域中出现次数的多少。显然概率的大小与该区域的体积有关，也与在该区域中单位体积内电子出现的概率有关。概率密度就是指电子在单位体积内出现的概率。4.2.06电子云图：假想对核外一个电子每个瞬间的运动状态，进行摄影。并将这样千百万张照片重叠，则得到一种统计...