電子排布及原子軌道.doc_第1頁(yè)
電子排布及原子軌道.doc_第2頁(yè)
電子排布及原子軌道.doc_第3頁(yè)
電子排布及原子軌道.doc_第4頁(yè)
電子排布及原子軌道.doc_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩4頁(yè)未讀 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

原子軌道百科名片原子軌道(Atomic orbital)是單電子薛定諤方程的合理解(x,y,z)。若用球坐標(biāo)來(lái)描述這組解,即(r,)R(r)Y(,),這里R(r)是與徑向分布有關(guān)的函數(shù),稱為徑向分布函數(shù),用圖形描述就是原子軌道的徑向分布函數(shù);Y(,)是與角度分布有關(guān)的函數(shù),用圖形描述就是角度分布函數(shù)層次。能層(電子層)參見(jiàn)“電子層” 原子核外運(yùn)動(dòng)的電子繞核運(yùn)動(dòng)會(huì)受到原子核的吸引,他們運(yùn)動(dòng)能量上的差異可用他們運(yùn)動(dòng)軌道離核的遠(yuǎn)近表現(xiàn)出來(lái)。具有動(dòng)量較大的電子在離核越遠(yuǎn)的地方運(yùn)動(dòng),而動(dòng)量較小的則在離核較近的地方運(yùn)動(dòng)。但是電子繞核運(yùn)動(dòng)與人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)不同。人造衛(wèi)星繞地球運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量是連續(xù)變化的,由于能量的消耗,它的軌道會(huì)逐漸接近地球。但原子的能量是量子化的,原子核外電子運(yùn)動(dòng)的軌道是不連續(xù)的,他們可以分成好幾層,這樣的層,稱為“電子層”,也稱“能層”1。 氫原子光譜的巴爾默系氫原子線狀光譜(右圖,巴爾默線系)的事實(shí)可以證明電子層的存在。根據(jù)經(jīng)典電磁學(xué)理論,繞核高速旋轉(zhuǎn)的電子將不斷從原子發(fā)射連續(xù)的電磁波,但從圖中可以發(fā)現(xiàn),氫原子的光譜圖像是分立的,這與經(jīng)典電磁學(xué)的推算結(jié)果矛盾,之后,玻爾提出了電子層的概念,成功推導(dǎo)出了描述氫原子光譜的里德伯公式(=R(n-2)-(m-2))將里德伯常量R與,普朗克常數(shù)聯(lián)系在一起,電子層的存在從此得到了公認(rèn)2。 通常情況下,氫原子的電子在離核最近的電子層上運(yùn)動(dòng),這時(shí)并不放出能量,此時(shí)的電子所處的狀態(tài)稱為“基態(tài)”。當(dāng)氫原子從外界獲得能量(如灼熱、放電、輻射能等),它的電子可以遷躍到離核較遠(yuǎn)的電子層上,此時(shí)的電子所處的狀態(tài)稱為“激發(fā)態(tài)”。當(dāng)電子從離核較遠(yuǎn)的電子層遷躍回能量相對(duì)更低也離核更近的電子層時(shí),就會(huì)以光的形式放出能量。光的頻率和兩電子層的能量差E2-E1有下列關(guān)系3: hv=E2-E1 其中,h為普朗克常數(shù)(6.6210-27爾格秒) 因?yàn)殡娮訉邮遣贿B續(xù)的所以電子遷躍放出的能量也是不連續(xù)的(量子化的),這種不連續(xù)的能量在光譜上的反映就是線狀光譜。 在現(xiàn)代量子力學(xué)模型中,描述電子層的量子數(shù)稱為主量子數(shù)(principal quantum number)或量子數(shù)n,n的取值為正整數(shù)1、2、3、4、5、6、7,對(duì)應(yīng)符號(hào)為K、L、M、N、O、P、Q。對(duì)氫原子來(lái)說(shuō),n一定,其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能量一定。一般而言:n越大,電子層的能量越高。 每個(gè)電子層所容納的電子個(gè)數(shù)有限,為2n2個(gè),但當(dāng)一個(gè)電子層是原子的最外層時(shí),它至多只能容納8個(gè)電子,次外層最多容納18個(gè)。 主量子數(shù)1 234567電子層KLMNOPQ0族電子數(shù)2 2,8 2,8,8 2,8,18,8 2,8,18,18,8 2,8,18,32,18,8 暫無(wú) 如果一個(gè)電子在激發(fā)態(tài),一個(gè)有著恰當(dāng)能量的光子能夠使得該電子受激輻射,釋放出一個(gè)擁有相同能量的光子,其前提就是電子返回低能級(jí)所釋放出來(lái)的能量必須要與與之作用的光子的能量一致。此時(shí),受激釋放的光子與原光子像同一個(gè)方向運(yùn)動(dòng),也就是說(shuō)這兩個(gè)光子的波是同步的。利用這個(gè)原理,人們?cè)O(shè)計(jì)出了激光,它是可以產(chǎn)生頻率很窄的光的光源。 在越來(lái)越多的光譜實(shí)驗(yàn)中,人們發(fā)現(xiàn),電子在兩個(gè)相鄰電子層之間發(fā)生遷躍時(shí),會(huì)出現(xiàn)多條相近的譜線,這表明,同一電子層中還存在著能量的差別,這種差別,就被稱為“電子亞層”,也叫“能級(jí)”。 能級(jí)(電子亞層)如果用更加精細(xì)的光譜儀觀察氫原子光譜,就會(huì)發(fā)現(xiàn),原來(lái)的整條譜線又有裂分,這意味著量子化的兩電子層之間存在著更為精細(xì)的“層次”,這被稱為“能級(jí)”,每一電子層都由一個(gè)或多個(gè)能級(jí)組成,同一能級(jí)的能量相同。描述能級(jí)的量子數(shù)稱為角量子數(shù)(angular quantum number)用“l(fā)”表示。對(duì)于每一個(gè)電子層對(duì)應(yīng)的主量子數(shù)n,l的取值可以是0、1、2、n-1,也就是說(shuō),總共有n個(gè)能級(jí),因?yàn)榈谝浑娮訉覭的n1,所以它只有一個(gè)能級(jí),而n=2的L層就有兩個(gè)能級(jí),表現(xiàn)在光譜上就是兩條非常相近的譜線。 從第一到第七周期的所有元素中,人們共發(fā)現(xiàn)4個(gè)能級(jí),分別命名為s,p,d,f。從理論上說(shuō),在第八周期將會(huì)出現(xiàn)第五個(gè)能級(jí)。 主量子數(shù)n1234電子層 KLMN角量子數(shù)(l)取值 00,10,1,20,1,2,3能級(jí)符號(hào) 1s2s,2p3s,3p,3d4s,4p,4d,4f 能級(jí)分裂 s,p,d,f能級(jí)的能量有大小之分,這種現(xiàn)象稱為“屏蔽效應(yīng)”,屏蔽效應(yīng)產(chǎn)生的主要原因是核外電子間靜電力的相互排斥,減弱了原子核對(duì)電子的吸引:s能級(jí)的電子排斥p能級(jí)的電子,把p電子“推”離原子核,p、d、f之間也有類似情況 總的屏蔽順序?yàn)?nsnpndnf 因?yàn)殡x核越遠(yuǎn),能量越大,所以能量順序與屏蔽順序成反比 能量順序?yàn)?nsnpndnf 鮑林的近似能級(jí)圖能級(jí)交錯(cuò) 同一電子層之間有電子的相互作用,不同電子層之間也有相互作用,這種相互作用稱為“鉆穿效應(yīng)”,其原理較為復(fù)雜,鉆穿效應(yīng)的直接結(jié)果就是上一電子層的d能級(jí)的能量高于下一電子層s的能量。即,d層和s層發(fā)生交錯(cuò),f層與d層和s層都會(huì)發(fā)生交錯(cuò)。 我國(guó)化學(xué)家徐光憲提出了一條能級(jí)計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)定律:能級(jí)的能量近似等于n+0.7l。 美國(guó)著名化學(xué)家萊納斯鮑林也通過(guò)計(jì)算給出了一份近似能級(jí)圖(見(jiàn)右圖)這幅圖近似描述了各個(gè)能級(jí)的能量大小,有著廣泛的應(yīng)用5。 軌道在外部磁場(chǎng)存在的情況下,許多原子譜線還是發(fā)生了更細(xì)的分裂,這個(gè)現(xiàn)象被叫做塞曼效應(yīng)(因電場(chǎng)而產(chǎn)生的裂分被稱為斯塔克效應(yīng)),這種分裂在無(wú)磁場(chǎng)和電場(chǎng)時(shí)不存在,說(shuō)明,電子在同一能級(jí)雖然能量相同,但運(yùn)動(dòng)方向不同,因而會(huì)受到方向不同的洛倫茲力的作用。這些電子運(yùn)動(dòng) 描述軌道的量子數(shù)稱為磁量子數(shù)(magnetic quantum number)符號(hào)“m”,對(duì)于每一個(gè)確定的能級(jí)(電子亞層),m有一個(gè)確定的值,這個(gè)值與電子層無(wú)關(guān)(任何電子層內(nèi)的能級(jí)的軌道數(shù)相同) 能級(jí)spdf磁量子數(shù) 1357軌道數(shù) 1357 軌道的形狀可以根據(jù)薛定諤方程球座標(biāo)的Y(,)推算,s能級(jí)為一個(gè)簡(jiǎn)單的球形軌道。p能級(jí)軌道為啞鈴形,分別占據(jù)空間直角坐標(biāo)系的x,y,z軸,即有三個(gè)不同方向的軌道。d的軌道較為復(fù)雜,f能級(jí)的七個(gè)軌道更為復(fù)雜。所有軌道的角度分布波函數(shù)圖像參見(jiàn)a gallery of atomic orbitals and molecular orbitals. 自旋高分辨光譜事實(shí)揭示核外電子還存在著一種奇特的量子化運(yùn)動(dòng),人們稱其為自旋運(yùn)動(dòng),用自旋磁量子數(shù)(spin m.q.n)表示,每個(gè)軌道最多可以容納兩個(gè)自旋相反的電子,記做“”但需要指出,這里的自旋和地球的自轉(zhuǎn)不同,自旋的實(shí)質(zhì)還是一個(gè)等待發(fā)現(xiàn)的未解之謎。 原子核也可以存在凈自旋。由于熱平衡,通常這些原子核都是隨機(jī)朝向的。但對(duì)于一些特定元素,例如氙-129,一部分核自旋也是可能被極化的,這個(gè)狀態(tài)被叫做超極化,在核磁共振成像中有很重要的應(yīng)用。 電子排布綜述電子在原子軌道的運(yùn)動(dòng)遵循三個(gè)基本定理:能量最低原理、泡利不相容原理、洪德規(guī)則。 能量最低原理能量最低原理的意思是:核外電子在運(yùn)動(dòng)時(shí),總是優(yōu)先占據(jù)能量更低的軌道,使整個(gè)體系處于能量最低的狀態(tài)。 泡利不相容原理物理學(xué)家泡利在總結(jié)了眾多事實(shí)的基礎(chǔ)上提出:不可能有完全相同的兩個(gè)費(fèi)米子同時(shí)擁有樣的量子物理態(tài)。泡利不相容原理應(yīng)用在電子排布上,可表述為:同一軌道上最多容納兩個(gè)自旋相反的電子。該原理有兩個(gè)推論: 若兩電子處于同一軌道,其自旋方向一定不同; 若兩個(gè)電子自旋相同,它們一定不在同一軌道; 每個(gè)軌道最多容納兩個(gè)電子。 洪德規(guī)則(Hunds rule)洪德在總結(jié)大量光譜和電離勢(shì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提出:電子在簡(jiǎn)并軌道上排布時(shí),將盡可能分占不同的軌道,且自旋平行5。對(duì)于同一個(gè)電子亞層,當(dāng)電子排布處于 全滿(s2、p6、d10、f14) 半滿(s1、p3、d5、f7) 全空(s0、p0、d0、f0) 時(shí)比較穩(wěn)定。 電子排布式最初人們只是用電子結(jié)構(gòu)示意圖來(lái)表示原子的微觀結(jié)構(gòu),但電子結(jié)構(gòu)示意圖只能表示出原子的電子層而不能表示出能級(jí)和軌道,電子排布式由此誕生。 電子排布式的表示方法為:用能級(jí)符號(hào)前的數(shù)字表示該能級(jí)所處的電子層,能級(jí)符號(hào)后的指數(shù)表示該能級(jí)的電子數(shù),電子依據(jù)“能級(jí)交錯(cuò)”后的能級(jí)順序順序和“能量最低原理”、“泡利不相容原理”和“洪德規(guī)則”三個(gè)規(guī)則進(jìn)行進(jìn)行。另外,雖然電子先進(jìn)入4s軌道,后進(jìn)入3d軌道(能級(jí)交錯(cuò)的順序),但在書寫時(shí)仍然按1s 2s,2p 3s,3p,3d 4s的順序進(jìn)行。 示例 H:1s1 F:1s2 2s2,2p5 S:1s2 2s2,2p6 3s2,3p4 Cr:1s2 2s2,2p6 3s2,3p6,3d5 4s1 (注意

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論