巖土工程師《基礎知識》考點:原子結構

原子結構：

1.核外電子的運動特性

核外電子運動具有能量量子化、波粒二象性和統(tǒng)計性的特征，不能用經(jīng)典的牛頓力學來描述核外電子的運動狀態(tài)。

2.核外電子的運動規(guī)律的描述

由于微觀粒子具有波的特性，所以在量子力學中用波函數(shù)Ψ來描述核外電子的運動狀態(tài)，以代替經(jīng)典力學中的原子軌道概念。

(1)波函數(shù)Ψ(原子軌道)：用空間坐標來描寫波的數(shù)學函數(shù)式,以表征原子中電子的運動狀態(tài)。

一個確定的波函數(shù)Ψ，稱為一個原子軌道。

(2)概率密度(幾率密度)：Ψ2表示微觀粒子在空間某位置單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率即概率密度。

(3)電子云：用黑點疏密的程度描述原子核外電子出現(xiàn)的概率密度(Ψ2)分布規(guī)律的圖形。黑點較密的地方,表示電子出現(xiàn)的概率密度較大,單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)的機會較多。

(4)四個量子數(shù):波函數(shù)Ψ由n.l.m三個量子數(shù)決定，

三個量子數(shù)取值相互制約：

1) 主量子數(shù)n的物理意義：

n的取值：n=1,2,3，4……∞ ,

意義： 表示核外的電子層數(shù)并確定電子到核的平均距離;確定單電子原子的電子運動的能量。

n = 1，2，3，4, ……∞， 對應于電子層K，L，M，N, ···

具有相同n值的原子軌道稱為處于同一電子層。

2) 角量子數(shù)ι:

ι的取值：受n的限制，ι= 0,1,2……n-1 (n個)。

意義：表示亞層，確定原子軌道的形狀;對于多電子原子，與n共同確定原子軌道的能量。…

ι的取值： 1 ， 2 ， 3 ， 4

電子亞層： s, p, d, f……

軌道形狀： 球形 紡錘形 梅花形 復雜

圖3-1

3) 磁量子數(shù)m:

m的取值：受ι的限制， m=0 ,±1,±2……±ι(2ι+1個) 。

意義：確定原子軌道的空間取向。

ι=0， m=0， s軌道空間取向為1;

ι=1, m=0 ,±1， p軌道空間取向為3;

ι=2, m=0 ,±1,±2 , d軌道空間取向為5;

……

n，ι相同的軌道稱為等價軌道。

一個原子軌道是指n、ι、m三種量子數(shù)都具有一定數(shù)值時的一個波函數(shù)Ψ(n,ι,m)，例如Ψ(1,0,0)代表基態(tài)氫原子的波函數(shù)。

n、ι、m取值合理才能確定一個存在的波函數(shù)，亦即確定電子運動的一個軌道。

n、ι、m的取值與波函數(shù)：

n=1(1個), ι=0,m=0, Ψ(1,0,0)

n=2(4個), ι={

n=3(9個), ι={

n=4(16個)

……

波函數(shù)Ψ數(shù)目=n2

在一個確定的原子軌道下，電子自身還有兩種不同的運動狀態(tài)，這由mS確定.

意義：代表電子自身兩種不同的運動狀態(tài)(習慣以順、逆自旋兩個方向形容這兩種不同的運動狀態(tài),可用↑↑ 表示自旋平行,↑↓表示自旋反平行。

這樣n、ι、m、mS四個量子數(shù)確定電子的一個完整的運動狀態(tài),以Ψ(n,ι,m, mS)表示。

例：Ψ(1,0,0,+ ),Ψ(1,0,0,- ) ，Ψ(2,1,1,+ ) ，Ψ(2,1,1, - ) 等等