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(共32張PPT)
1.1 量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
二、量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
玻爾引入一個量子數n，解釋了氫原子光譜是線狀光譜的事實；但復雜的光譜解釋不了。
[聯想·質疑]
①鈉原子光譜在n=3到n=4之間會產生多條譜線。
②氫原子光譜在n=1到n=2之間譜線實際上是兩條靠得非常近的譜線。
鈉原子的黃色譜線也是靠得很近的兩條譜線
③在磁場中所有原子光譜可能會分裂成多條譜線。
二、量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
原子中電子的運動狀態應用四個量子數來描述。
量子力學理論
——20 世紀 20 年代中期建立
二、量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
1. 電子層（能層） n
描述原子軌道離核的遠近
分層標準 電子離核的遠近
電子層(n) 1 2 3 4 5 6 7
符號 __ __ __ __ __ __ __
能量 _______
離核 _______
K
L
M
N
O
P
Q
低→高
近→遠
二、量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
2. 能級
描述（電子云）原子軌道的形狀
符號為： s， p， d， f …
s:球形
p:啞鈴形
（紡錘形）
和主量子數n共同決定電子的能量大小
同一個電子層中能量：
E(ns)二、量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
能層序數n 能層符號 能級符號 能級數
1 K
2 L
3 M
4 N
規律：第n電子層有n個能級
1
2
3
4
1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
二、量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
3. 磁量子數 m
描述磁場中原子軌道的能量狀態
各能級上對應的原子軌道數 s p d f ......
__ __ __ __ ......
1
3
5
7
規律:每層的原子軌道數為層數的平方(n2)
二、量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
4. 自旋量子數 ms
描述在能量完全相同時電子運動的特殊狀態(電子自旋狀態)
ms = +1/2 (通常用符號 ↑ 表示)
ms = -1/2 (通常用符號 ↓ 表示)
軌道的標記——量子數
主量子數n：主要決定原子軌道能量的高低
角量子數l：和主量子數一起決定軌道的能量
磁量子數m：沒有磁場時能量相同，不同的m與磁場的作用不同其能量不同
自旋：一種奇特的量子化運動
自旋量子數ms
一組n、l、m、ms確定一個電子，沒有任何兩個電子的運動狀態相同。（泡利不相容原理）
原子中電子的運動狀態應用多個量子數來描述．
量子力學中單個電子的空間運動狀態稱為原子軌道.
二、量子力學對原子核外運動狀態的描述
1.原子軌道
電子層
(1)含義：量子數n所描述的電子運動狀態稱為電子層,n的取值為正整數1、2、3、4、5、6等,對應的符號分別為K、L、M、N、O、P等。
(2)電子的能量與電子層的關系一般而言,n越大,電子離核的平均距離越遠,電子具有的能量越高。
能級
(1)含義：在含有多個電子的原子中,同一電子層的電子,能量也可能不同,可以把它們分為不同能級,當n=x時,有x個能級,分別用s、p、d、f等表示。
(2)電子的能量與能級的關系
多電子原子中,同一電子層各能級的能量順序為E(ns)< E(np)電子層（n） 1 2 3 4 5
電子層符號
能級
最多電子數
電子層、能級和原子軌道的關系
K
L
M
N
O
1s
2s
2p
3s
3p
3d
4s
4p
4f
5s
4d
……
2
2
6
2
6
10
2
6
14
2
10
……
2
8
18
32
2n2(n代表
電子層數)
自旋
核外運動的電子還存在一種被稱為“自旋”的量子化狀態。處于同一原子軌道上的電子自旋狀態只能有兩種,分別用符號“↑”和“↓”表示。
二、量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
原子軌道示意圖：
二、量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
d 軌道(l = 2, m = +2, +1, 0, -1, -2)
m 五種取值, 空間五種取向, 五條等價(簡并) d 軌道。
二、量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
f 軌道 ( l = 3, m = +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 )
m 七種取值, 空間七種取向, 七條等價(簡并) f 軌道。
二、量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
【小結】原子中電子的運動狀態由四個因素來決定。
量子力學中單個電子的空間運動狀態稱為原子軌道。
②能級 描述原子軌道的形狀
③原子軌道 決定原子軌道的空間取向
④電子自旋
①電子層（能層）n 描述原子軌道離核的遠近
一個原子中不存在運動狀態相同的電子。
例：Na原子核外有 個電子，有 種運動狀態。
利用①電子層②能級③原子軌道可以描述一個電子的空間運動狀態，即可將一個原子軌道描述出來。
11
11
二、量子力學對原子核外電子運動狀態的描述
電子云：描述電子在空間出現的概率大小的圖形.
量
子
理
論
釋
疑
問：層是什么？
答：層不是層。
問：“軌道”是什么？
答：“軌道”不是軌跡。
問：“自旋”是什么？
答：“自旋”不是旋轉。
問：量子數什么含義？
答：就是個數。
問：波函數是什么？
答：不知道。
問：……要這些干嘛？
答：量子數→波函數→概率和能量
原子——核與電子相互作用的能量較低的穩定狀態
軌道
磁場
軌道的圖示
三、基態原子的核外電子排布
Na
K
L
M
2
2s
2p
3d
1s
8
1
3s
3p
2
2
2
2
2
1
原則一：能量最低原理
基態原子核外電子總是盡可能先排布在能量最低的軌道上，然后由里及外依次排布在能量較高的軌道上。也可以說，核外電子遵循的排布規則使整個原子的能量處于最低狀態。
三、基態原子的核外電子排布
Na
K
L
M
2
2s
2p
3d
1s
8
1
3s
3p
2
2
2
2
2
1
原則二：泡利不相容原理
一個原子軌道中最多只能容納兩個電子，且這兩個電子的自旋狀態不同。
He
↑↑
↑↓
三、基態原子的核外電子排布
Na
K
L
M
2
2s
2p
3d
1s
8
1
3s
3p
2
2
2
2
2
1
原則三：洪特規則
對于基態原子，核外電子在能量相同的原子軌道上排布時，將盡可能分占不同的原子軌道并且自旋狀態相同，使體系的總能量達到最低。
氮（N）
三、基態原子的核外電子排布
方法引導
核外電子排布的表示方法
1.電子排布式
2.軌道表示式
在ns、np、nd等符號的右上角用數字表示出電子的數目。
1s22s22p63s1
鈉
用方框表示一個原子軌道，用箭頭“↑”或“↓”來區別自旋狀態不同的電子。
鈉
三、基態原子的核外電子排布
構造原理
為了使整個原子體系的能量最低，隨著原子序數的遞增，基態原子的"外層電子"按照箭頭的方向依次排布在各原子軌道上∶
1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d、4p、5s、4d、5p、 6s……
電子填滿了一個能級，開始填入下一個能級。
三、基態原子的核外電子排布
寫出Mn元素（25號）基態原子的電子排布式和軌道表示式。
1s22s22p63s23p63d54s2
電子按構造原理順序在原子軌道上排布，但書寫電子排布式或軌道表示式時，應按電子層數由小到大的順序書寫。
排布順序：1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p
書寫順序：1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p
三、基態原子的核外電子排布
1s22s22p63s23p63d44s2
1s22s22p63s23p63d104s1
1s22s22p63s23p63d54s1
1s22s22p63s23p63d94s2
鉻Cr：
銅Cu：
半滿
全滿
寫出Cr、Cu元素基態原子的電子排布式和軌道表示式。
24
29
洪特通過分析光譜實驗的結果指出，能量相同的原子軌道在全充滿（如 d10）、半充滿（如 d5）和全空（如 d0）狀態時，體系的能量較低。 ——洪特規則的特例(沒有普適性)

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