化学 原子结构（上）

这是一篇关于化学原子结构的思维导图，包括波尔的氢原子模型、电子衍射实验(了解)、波粒二象性与不确定原理、原子轨道与波函数、多电子原子结构、图像问题等内容。

AP化学1.原子结构（上）

• 波尔的氢原子模型
  • 1.量子化条件假设： 核外电子绕核运动的轨道不是任意的，这些轨道角动量L=mwr必须等于h/2Π的整数倍
    • 普朗克常量h=6.626*10^-34 J*S
  • 2.定态假设:电子只在一些分立的轨道上绕核运动，且不产生电磁辐射
  • 3.频率假设 ：当电子从一个定态轨道跃迁到另一个定态轨道 时，会以电磁波的形式吸收或放出能量hv（放出或吸收能量是量子化的）
• 电子衍射实验（了解）
  • 1.电子的运动=电子在空间出现的概率=衍射波强度 电子波=概率波
  • 2.物质波是大量粒子在统计行为下的概率波
• 波粒二象性与不确定原理
  • 波粒二象性
    • 光的波粒二象性
      • 光是波（衍射，干涉）
      • 光是粒子（反射 光电效应等）
      • 光的本性：光是波动性和粒子性的矛盾统一体
    • 微观粒子的波粒二象性--德布罗意波
      • 与运动着的实物粒子相关联的波叫物质波也叫德布罗意波
  • 不确定原理（测不准原理）
    • 微观粒子的空间位置和运动速率是不能被同时准确测定的
    • 具有波粒二象性的电子，不再遵循经典力学规律，它们的运动没有确定的轨道，只有一定的空间几率分布
• 原子轨道与波函数
  • ψ是波函数，是薛定谔方程的解，是空间坐标的函数解 波函数=原子轨道函数=原子轨道 每一个波函数ψ对应着电子的一种运动状态 其物理意义并不明确
  • 为了得到合理解，引入n，l，m三个量子数
  • • ψ2具有明确的物理意义：表示电子的机率密度
      • 即电子在空间坐标（x，y，z）处出现的机率密度大小
      • 密度=机率密度×体积（面积）
  • 对薛定谔方程的处理
    • R（r):径向波函数；Y（q，j）为角度波函数 R（r）与n，l有关；Y（q，j）与l，m有关
    • 电子云的径向分布函数图 :D(r)=R(r)^2×4Πr^2
      • 基态氢原子1s电子径向分布图在玻尔半径处有一个峰，表示：1s电子在玻尔半径处的单位厚度薄球壳中出现的概率最大
      • D（r)峰数=（n-l）个
• 多电子原子结构
  • 能级与能级组
    • （n+0.7l)数值越大，能级越高
    • 将（n+0.7l)数值第一位相同的原子轨道归为一个能级组
  • 多电子原子核外电子排布
    • 1.能量最低原理:多原子电子在基态时，核外电子总是优先占据能量最低的轨道
    • 2.泡利不相容原理：同一个原子核外不可能存在四个量子数都相同的两个电子--即每个原子轨道最多只能容纳两个自旋相反的电子
    • 3.洪特规则：电子在能量相同的轨道上（n,l相同）会以自旋相同的方式优先分占m不同的轨道
    • 4.洪特规则特例：等价轨道处于 全空 半充满 全满时更稳定（典型例子：Cr Cu）
• 图像问题
  • 波函数的角度分布图
  • 电子云角度分布图较波函数角度分布图扁 且没有正负号之分
• 四个量子数
  • 主量子数n
    • 表示电子出现最大概率区域离核远近和能量高低（平均）
    • 取值范围：1~∞的任意正整数
    • n=1.2.3.4.的光谱学符号对应K.L.M.N.....
    • 对于类氢原子（核外只有一个电子）来说，轨道能量只与主量子数n有关
  • 角量子数l
    • 表示轨道的形状
    • 取值范围：0.1.2.....n-1(共n个值）对应 s.p.d.f....
    • n相同 l不同，对应同一主层中的不同电子亚层
    • 多电子原子的轨道能量不止于n有关，还与l有关。n相同 l越大 轨道能量越高
  • 磁量子数m
    • 表示原子轨道在空间的伸展方向
    • 取值：0 ±1 ±2....±l 一共（2l+1）个值
  • 自旋量子数ms
    • 表示电子的自旋方向
    • 取值：±1/2
  • n，l，m，描述原子轨道。ms描述电子自旋特征（注：ms不是解薛定谔方程得到的）
• 屏蔽效应与钻穿效应
  • 屏蔽效应：电子之间的排斥相当于部分抵消核对电子的吸引作用
    • • 计算屏蔽常数：Slater规则
        • 1.对于选定电子，其外侧轨道对该电子不产生屏蔽作用 2.在（ns，np）同组中，每个电子对于同族电子屏蔽作用为0.35，而1s组内电子相互屏蔽 3.若屏蔽电子在n电子层上，则（n-1）电子层中的每一个电子对该电子屏蔽作用为0.85. 而（n-2）以及更内层中每个电子对该电子的屏蔽作用为1.00 4. 若被屏蔽电子处于d 或f 轨道上 所有内层电子对其屏蔽作用均为1.00
          • 屏蔽效应使电子的能量升高
  • 钻穿效应
    • 对于n同l不同的轨道上的电子，由于电子云的径向分布不同，电子穿过内层达到核附近以回避其它电子屏蔽的能力不同，而使电子具有不同的能量
      • 其结果是使能量降低，可以用来解释能级交错现象