核外电子的运动特征.ppt

第一节核外电子的运动特征
化学变化的特点是原子核组成不变,只是核外电子运动状态发生变化。
一、核外电子运动的特殊性
电子在原子核外运动的情况是复杂的。电子的运动形式,和宏观物体的运动不一样。
如:火车在轨道上行驶,飞机在空中航线飞行人造卫星也有固定的轨道, 在确定的时间内可以观察到它所处的位置.
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【实例分析】
实验表明:具有粒子性特征(有质量、动量)的电子也具有波的性质,即有波动性。因此电子运动具有波粒二象性特征。衍射强度的大小反映电子出现概率的大小,即电子运动具有统计学规律。
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【实例分析】
在三棱镜的色散作用下,氢原子在可见光区出现红(Hα)、青(Hβ)、蓝(Hγ)、紫(Hδ)四条线状光谱,见图1-2。
图 1-2 氢原子的可见光谱示意图
这表明氢原子能量变化是不连续的(具有量子化特征)。所有这些都不能用经典力学来解释,而遵循量子力学所描述的运动规律。
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二、四个量子数
主量子数电子出现几率最大的地方离核的远近
副量子数电子云的形状,
磁量子数电子云的伸展方向
自旋量子数电子的自旋
欲描述某海轮在茫茫大海中的位置,只要知道该海轮的经度和纬度就足够了。但是描述原子中各电子的状态(指电子所在的电子层和原子轨道的能级、形状、伸展方向,以及电子的自旋方向等)则需要四个参数(主量子数、副量子数、磁量子数和自旋量子数)才行。
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(n)
主量子数(又称为电子层)是表示电子离核平均距离远近,及电子能量高低的量子数。
n=1、2、3、4、5、6、7等正整数,用K、L、M、N、O、P、Q等光谱符号表示。
n越大,电子离核平均距离越远,电子的能量越高。
(l)
角量子数(又电子亚层)是描述核外电子运动所处原子轨道(或电子云)形状的,也是决定电子能量的次要因素。
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l≤n-1,常用 s、p、d、f 等光谱符号表示。
当n=2时,l可以取0,1,表明第二电子层包含2个亚层,即s亚层、p亚层,分别表示为2s、2p,依此类推。
相同电子层,l值越大,电子能量越高。
不同亚层,其原子轨道(或电子云)的形状不同,如图1-3、1-4所示,s亚层为球形;p亚层为无柄哑铃形;d亚层为四瓣花形。
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dxy dyz dxz
px py pz
图 1-3 s、p、d亚层的原子轨道图
图 1-4 s、p、d亚层的电子云图
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(m)
磁量子数就是描述原子轨道(或电子云)在空间伸展方向的量子数。
m取值是从+l到-l包括0在内的任何整数值。即
│m│≤l
当l=0时,m=0,即s亚层只有1个伸展方向(见图1-3);当l=1时,m=+1,0,-1,即p亚层有3个伸展方向,分别沿直角坐标系的x、y、z轴方向伸展,依次称为px、py、pz轨道。依此类推,d亚层有5个伸展方向,f亚层有7个伸展方向。
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当n、l、m有确定值时,电子在核外运动的空间区域就已确定,因此将n、l、m有确定值的核外电子运动状态称为一个原子轨道。
即s、p、d、f亚层分别有1、3、5、7个原子轨道;
而当n、l都相同时,原子轨道的能量也相同,故称其为等价轨道。
想一想
p、d、f亚层分别有、、
个等价轨道?
答:3、5、7
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(ms)
自旋量子数是描述电子自旋方式的量子数。
电子自旋有两种方式,即ms取值仅有两个。即
+1/2或-1/2,用“↑”或“↓”表示。
综上,在量子力学中,只有同时用主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数四个量子数,才能准确描述核外电子的运动状态。
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