1.1.2《量子力学对原子核外电子运动状态的描述》

波尔只引入一个量子数n,能比较好地解释了氢原子线状光谱产生的原因；但在多电子原子中，n相同时电子的能量却不一定相同，多电子原子的光谱该如何解释？在钠原子中n=4n=3电子跃迁在氢原子中n=2n=1电子跃迁也得到两条靠得很近的谱线…实验事实:原子轨道与四个量子数原子光谱带来的疑问？①钠原子光谱在n=3到n=4之间会产生两(多)条谱线．②氢原子光谱在n=１到n=２之间谱线实际上是两条靠得非常近的谱线．③在磁场中所有原子光谱可能会分裂成多条谱线．这些问题用玻尔的原子模型无法解释．原子中电子的运动状态应用多个量子数来描述．量子力学中单个电子的空间运动状态称为原子轨道.每个原子轨道可由三个只能取整数的量子数n、l、m共同描述.四个量子数①主量子数n:用来描述电子离核的远近．取n=１，２，３，４，５，６…对应符号为Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ…n所表示的运动状态称为电子层练习:下列各层电子能量的从高到低的顺序是A.M层B.K层C.N层D.L层②角量子数l:用来描述(电子云)原子轨道的形状．⑴n确定时，l共有n个数值．⑵符号为s，p，d，f等．⑶n和l都确定了，电子能量也就确定了，即电子n、l值相同，则电子的能量相同．⑷在一个电子层中，l的取值有多少个，表示电子层有多少个不同的能级．练习:找出下列条件下能级的数目,并写出其能级的符号A.n=1B.n=2C.n=3D.n=411s22s2p33s3p3d44s4p4d4f规律:每层的能级数值=电子层数思考：1.钠原子中处于n=4状态的电子跃迁到n=3的状态时，会产生多少条光谱线？2.在有外磁场时，n和l都相同的电子跃迁时，谱线发生了分裂，该如何解释呢？在外加电场的作用下，同能级电子的能量发生了变化。③磁量子数m:描述磁场中原子轨道的能量状态m可以取0、±1、±2…±l共(2l+1)个数值.n、l、m共同确定的电子在核外空间运动的状态称为原子轨道.表示电子的空间运动状态。s能级有一个原子轨道，p能级有3个能量相同的原子轨道，d能级有5个能量相同的原子轨道。练习:找出下列条件下原子轨道的数目A.n=1B.n=2C.n=311s42s2px2py2pz93s3px3py3pz3dxy3dyz3dxz3dx2-y23dz2规律:每层的原子轨道数为层数的平方(n2)④自旋量子数ms:描述在能量完全相同时电子运动的特殊状态(简称为电子自旋状态).处于同轨道上的电子的自旋状态只有两种.分别用ms=+1/2(通常用符号↑表示).ms=-1/2(通常用符号↓表示).注意:自旋并不是”自转”,实际意义更为深远.练习:实验证明,同一原子中电子的运动状态均不相同.试推断:每个原子轨道最多有几个电子?每个电子层最多有多少个电子?(3)量子数和原子轨道的关系nlm原子轨道ms取值符号取值符号取值符号取值1K0s0±1/22L0s0±1/21p0,±1±1/23M0s0±1/21p0,±1±1/22d0,±1±2±1/21s2s2px2py2pz3s3px3py3pz3dxy3dyz3dxz3dx2-y23dz2知识小结:原子轨道:量子力学中单个电子的空间运动状态描述原子轨道的量子数是:n、l、m.描述电子运动的量子数是:n、l、m、ms.n、l、m、ms的取值与原子轨道数,可容纳的电子数的关系.表1-1-1每层的能级数=电子层数(n)每层的轨道数=电子层数的平方(n2)每层最多容纳的电子数为=2×电子层数的平方(2n2)