原子轨域的形状课件.ppt
1-3 原子軌域,1,普朗克的量子理論、愛因斯坦的光子理論及波耳的氫原子模型相繼發表之後，光具有波動性與粒子性的雙重性（dualism）已經成為大家熟悉的概念。電子的波動性對於原子構造的了解有很大的幫助，本節將介紹由此概念衍生的量子數與原子軌域理論。,原子軌域,1-3,1-3.1 量子數1-3.2 原子軌域的形狀,原子軌域,1-3,學習目標：,了解量子數的意義了解原子軌域的形狀與能階,原子軌域,1-3,利用電子波動性描述原子的各種性質時，為了更容易了解電子在原子核外的分布，科學家提出了軌域（orbital）這個名詞，用來描述電子在原子中的空間分布情形。科學家使用三個量子數來描述軌域，分別為：,主量子數（principal quantum number）n角量子數（azimuthal quantum number）磁量子數（magnetic quantum number）m,量子數,1-3.1,此三個量子數均為整數，用來描述原子軌域。主量子數（n）用來描述軌域的。與軌域的 相關性最高。主量子數 n1、2、3、4，代表電子殼層，依次為 層。隨著 n 值增大，軌域隨之增大，電子在離原子核較遠的地方出現的機率增大，能量較高；因其被原子核束縛的程度較弱，較容易被游離。,大小,能量,K、L、M、N、O,量子數,1-3.1,此三個量子數均為整數，用來描述原子軌域。角量子數（）用來描述軌域的。對每一個主量子數（n）而言，角量子數 0、1、2、3、n1。代表電子的副殼層，因此又稱為副量子數。角量子數 0、1、2、3 依次可用英文字母 等表示副殼層的名稱。,形狀,s、p、d、f,量子數,1-3.1,此三個量子數均為整數，用來描述原子軌域。磁量子數（m）用來描述軌域在空間的。與軌域的能量無關；只有在原子外加磁場或電場時，磁量子數才會影響軌域的能量。對每一個角量子數（），磁量子數 ml、1、0、1、。即每一個角量子數 有 21 個磁量子數，亦即此副殼層含有 21 個位向不同的軌域。,位向,量子數,1-3.1,此三個量子數均為整數，用來描述原子軌域。磁量子數（m）1s、2s、3s 與 4s 等副殼層的 0，故均只含 1 個軌域。2p、3p 與 4p 等副殼層 1，均含有 211 3 個軌域。主殼層所含的軌域數目為各副殼層中軌域數目的總和，其值等於。例如：n3 的主殼層共含有 個軌域。,n2,135,32,9,量子數,1-3.1,主量子數、角量子數、磁量子數與軌域數目,量子數,1-3.1,電子除了繞核運動之外，本身亦有自轉運動。電子帶有電荷，自轉時會產生磁場。因此，除了上述三個量子數之外，為了描述電子的自轉狀態，科學家引進第四個量子數：自旋量子數（spin quantum number）ms。ms 的值只可能為 或，代表不同的自旋方向。,量子數,1-3.1,下列哪些原子軌域存在？,(A)1d(B)7f(C)3f(D)2d(E)8s,範例 1-5,12,選修化學(上),主量子數 n5 的原子軌域共有幾個？,解答,1+3+5+7+95225,練習題 1-5,13,選修化學(上),原子軌域為原子中電子在空間的分布，理論上可以延伸至無窮遠處。常用電子雲的方式或電子密度圖來表示軌域，以點的濃淡表示出現機率之相對大小。為了方便起見，通常繪出原子核外電子出現機率 90 的空間之邊界表面，當作軌域的圖形。,原子軌域的形狀,1-3.2,以氫原子的 1s 軌域為例：,在原子核外半徑為 140 pm 的球體內找到電子的機率為 90。在球體之外找到電子的機率只剩下 10。,90%,10%,原子軌域的形狀,1-3.2,s軌域,原子中，每一主殼層均有一個 s 軌域，s 軌域為球形。隨著主量子數 n 增大，s 軌域的體積與能量均。即能階 1s 2s 3s。,增大,原子軌域的形狀,1-3.2,p軌域,主量子數 n 以上才會有 p 軌域，其形狀為啞鈴形。,2,同一副殼層的 3 個 p 軌域在空間的位向不同，其能量則相同。分布在 x、y 與 z 軸的 p 軌域，依序稱為、與 軌域。,px,py,pz,原子軌域的形狀,1-3.2,d軌域,主量子數 n 以上才會有 d 軌域。,3,同一副殼層的 5 個 d 軌域在空間的位向不同，能量則相同。,原子軌域的形狀,1-3.2,根據量子力學，氫原子的軌域能量僅由主量子數 n 決定。氫原子的軌域能量大小為：1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f,原子軌域的形狀,1-3.2,多電子原子的能階比氫原子複雜，軌域能量與主量子數 n 及角量子數 均有關。多電子原子中：主量子數與角量子數的總和（n+）愈大者，其能階愈高。當 n+相等時，則主量子數 n 較大者，其能階較高。其能量大小為：,1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p,原子軌域的形狀,1-3.2,多電子原子的能階圖：,其中，主量子數 n3 與主量子數 n4 的副殼層能階有交錯現象，3d 軌域的能量略高於 4s 軌域。,主量子數 n4 以上交錯現象更複雜。,原子軌域的形狀,1-3.2,下列能階高低，何者對氫原子及多電子原子均正確？(A)4s 4p(B)3d 4s(C)3p 4p(D)3s 4d(E)4s 6p,(A)氫原子：4s4p多電子原子：4s4p(B)氫原子：3d4s多電子原子：3d4s(C)氫原子：3p4p多電子原子：3p4p(D)氫原子：3s4d多電子原子：3s4d(E)氫原子：4s6p多電子原子：4s6p,範例 1-6,22,選修化學(上),對氫原子及多電子原子，能階 3s、3d、4s、4p、4d 高低順序分別為何？,解答,氫原子：3s3d4s4p4d,多電子原子：3s4s3d4p4d,練習題 1-6,23,選修化學(上),
