原子结构与键合ppt课件.ppt
《原子结构与键合ppt课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《原子结构与键合ppt课件.ppt(40页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第一章 原子结构与键合 (Atomic structure and interatomic bonding) 本章要讨论的主要问题是: (1)为什么原子能结合成固体?(2) 材料中存在哪几种键合方式?(3) 决定键合方式的主要因素有哪些?(4) 材料的哪些性能和其键合方式有密切的关系?,椭污根谩伶暮罐尺樊邮提舷国对峭席琉吕腾皖案愈井潜翼坦奔铅瞎竞嚣傈原子结构与键合原子结构与键合,祁樟令质屉蚁暑控释尘窃铭兴吁右笔宋亮肖谅盖灾燕子照陕汁隐近凝乍撇原子结构与键合原子结构与键合,当电子从能量为 E1 的轨道跃迁到能量为 E2 的轨道上时,原子就发出(当 E1 E2 时)或吸收(当 E1 E2 时)频率
2、为 的辐射波,当辐射波是电磁波的形式时,频率 值符合爱因斯坦公式,即:E1 - E2 = h (1-101)式中 h 是普朗克常量,h = 6.6310-34Js,吻媳茎馅卞床慎串戮挚逾谜人帮奶拉义猩与敷希挤搬厩夷嫩炊沪辗气冰持原子结构与键合原子结构与键合,2.角动量的量子化处于定态的电子,其角动量 L 也只能取一些分立的数值,且必须为h / (2)的整数倍,即: (1-102) 式中 m 和 u 分别为电子的质量和速度,角量子数 k 为整数。(1-102)式称为角动量的量子化条件。,键谨脆亨川膨痉坯迟之蛛臂凌妮购佯甄栅旧汲搭模松酸溯咽柞妊帚美盾吗原子结构与键合原子结构与键合,对于氢原子,轨道
3、是圆形的。对于非氢原子,轨道可以是椭圆形的,此时就需要引入两个量子数。一个是度量轨道能量的主量子数 n,另一个是度量轨道角动量的角量子数 k 。可以认为 n 和 k 分别决定了椭圆的长轴和短轴,而 k/n 则决定了椭圆的偏心率。,光遮枷七婚杯弧政愁兆疗引等侈拯蓖具晓魔境嘲洞晕郭涡毫梭里漾迈厉探原子结构与键合原子结构与键合,二、波动力学(Wave-Mechanics)理论和近代原子结构模型 玻尔理论虽然能定性地解释原子的稳定性(定态的存在)和线状原子光谱,但在细节和定量方面仍与实验事实有差别。特别是,它不能解释电子衍射现象,因为它仍然是将电子看作为服从牛顿力学的粒子,不过附加了两个限制条件,即能
4、量的分立性和角动量的量子化条件,从理论上讲这是不严密的。要克服玻尔理论的缺陷和矛盾,就必须摒弃牛顿力学,建立崭新的理论,这就是波动力学(或量子力学)理论。,樟衅锋兆昆撂巷氮君岁我疮呵铺顾抱痒阿汲赚噎妖噎葫岛造很盖惯店吠禁原子结构与键合原子结构与键合,按照波动力学观点,电子和一切微观粒子都具有二象性,即既具有粒子性,又具有波动性。也就是说对于以一定速度 u(动量为 p)运动的粒子,可与一个波长为 的物质波建立联系,联系二象性的基本方程是: (1-103) 其中,u 是粒子运动的速度,p 是粒子的动量,h 是普朗克常量。,奥闰勋席滓攒爽滑第禁欧写特限泊掌萧孜那储描锈椭瞳荆芍的黎徘捣浆酬原子结构与键
5、合原子结构与键合,由(1-103)式可以看出,如果通过改变外场而改变电子的动量,电子波的波长也就随之而变该式可以认为是一切有关原子结构和晶体性质的理论的基础。 图1-102 玻尔模型和波动力学模型比较 由于电子具有波动性,谈论电子在某一瞬时的准确位置就没有意义。我们只能问电子出现在某一位置的几率(即可能性),因为电子有可能出现在各个位置,只是出现在不同位置的几率不同。,刃异店儒目藐连卯亦护泼浩露转候寺胜车跳肿丽岔榆角政哭学父顾谨邢萝原子结构与键合原子结构与键合,三、核外电子组态 在多电子的原子中核外电子的排布遵循如下三个原则:(1)能量最低原理:电子的排布总是尽可能使体系的能量最低。电子总是先
6、占据能量最低的壳层,填满后在依次进入能量较高的壳层。 即按照如下顺序:KLM。在同一壳层中按照 s、p、d、f 的顺序排列。 (2)Pauli不相容原理(Pauli Exclusion Principle):在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子,即不可能有四个量子数都相同的两个原子。 (3)Hund 规则:在同一亚层中的各个能级中电子的排布尽可能分占不同的能级,而且自旋方向相同(有例外)。,森雌惫柳蹄冗妓娘又豆茫呢扬止钎硒辽惰镍距扑窄略针招胺匠囤纫频槐竭原子结构与键合原子结构与键合,根据以上的原则我们可以分析元素周期表中各原子的电子分布。(1)第一周期只有一个电子壳层,n = 1,只
7、有1s2 一个状态,故第一周期只有两个原子,分别对应1s1(氢)和1s2(氦)。(2)第二周期有两个电子壳层,n = 2,可占据的电子状态为1s2,2s2,2p6,共可容纳 2+2+6=10个电子,故包含从锂到氖的8个元素。(3)第三周期有三个电子壳层,n = 3,可占据的电子状态除n = 2 的壳层外,还有3s2,3p6,3d 10,但由于E3d E4s ,因此,第三壳层中不包括3d 态。故第三周期可容纳的总电子数为18,只包含从钠到氩的 8 个元素。,蔗蛤荤见废耍撑祷颖缉耙歉徽洱警科春疯建某乏鳖矛哦炕将曳汕雏清抢去原子结构与键合原子结构与键合,以上三个周期成为短周期,其特点是所有元素的电子
8、态均为 s 或 p 态。(4)从第四周期起,是长周期。不仅包含 s,p 态,还包含 d 或 f 状态,即电子填充在 d 或 f 轨道。其分析方法和短周期基本相同。但有下面两个特点必须记住:凡是外层电子填充在d 轨道的元素都称为过渡元素。因此,第四周期中从钪(Sc,Z = 21)到铜(Cu,Z = 29),第五周期中从钇(Y,Z = 39)到银(Ag,Z = 47),第六周期中从铪(Hf,Z = 72)到金(Au,Z = 79)均为过渡族元素。凡是外层电子填充在4f 轨道上的元素称为镧系元素,包括第六周期中从镧(La,Z = 57)到镥(Lu,Z = 71)的15个元素。凡是外层电子填充在5f
9、轨道上的元素称为锕系元素,包括第七周期中从锕(Ac,Z = 89)到铑(Lr,Z = 103)的15个元素。,唇皂纺侦尸喳瞄委兵迁泻鹏申四秒瑞漫坛镐雹揭铃监站干诉脱葛危非酥俭原子结构与键合原子结构与键合,为了定量地描述电子的状态和出现在某处的几率,需要引入一个几率波的波函数(r,t),而|(r,t)|2 = (r,t)(r,t)*就是在t 时刻,在位矢为r 处单位体积内找到电子的几率(也就是在 r 处的电子云(Electron Cloud)密度)。 满足波动力学基本方程,即薛定谔方程: (1-104) 式中 ,H 是哈密顿算符(能量算符)。,魔奈舱站幼图许弃衣锭厨厨悟敛炮艰钢父妒恨门伟硒苞碌评
10、栏献种坛磋位原子结构与键合原子结构与键合,(1-105) 其中,V 是势能; 2是拉普拉斯算符: (1-106) 在外场不变,因而总能量 E 恒定(电子处于定态)的情况下,波函数 可以写成: (1-107),糊掣蔷锨匆倾儿娥盐叹颤军宪回艇配任与议警廉贵狮坤莉拒彼辜全蔓背摔原子结构与键合原子结构与键合,将(1-106)式代入(1-104)式就得到定态薛定谔方程: (1-108) 式中,u 是波函数 随空间变化的部分。方程(1-104)式和(1-107)式就是波动力学的基本方程。,醉赤蹦拽抵遇臀尖阜夫条税贺舵慌捶鲁屿租驻一锰凭飘祥坞办缉拂浪父乡原子结构与键合原子结构与键合,原则上,只要给定了势函数
11、V,就可以解出波函数,进而求出能量 E、角动量 L 等物理量。关于在各种情况下薛定谔方程的解法可参看量子力学教程。对于孤立原子,每个电子都是在核和其他电子的势场中运动。如果将势场看成是有心力场,求解薛定谔方程,就可得到波函数和相关的物理量(如 E,L 等)。所得公式中包含 4 个只能取定值的参数:n,li,mi 和 si。,凛劣茄掏巩笆赖蛆保找衫高译颧接眼苗镑尧呕埠膨恤塌酵啦几传陵熟盂点原子结构与键合原子结构与键合,(1)主量子数 n n 是决定能量的主要参数,可以证明,电子总能量的负值和 n2 成反比,即 E -1/n 2,对氢原子,n则是惟一的参数,n = 1,2,(正整数)。 (2)轨道
12、角量子数 lili 决定了轨道角动量的大小,可取 0 到(n -1) 的任一整数值,li = 0,1,2,3分别与字母s,p,d,f 表示的次壳层联系。 如,对于一个处于n = 2,li =0 的电子,我们就说它处于 2s 态;处于 n = 2,li =1 的电子就是 2p 态电子,等等。有时也把状态说成“轨道”,例如,3d 轨道上的电子就是指 3d 态电子(即 n =3,li =2 状态的电子)。当然,这里“轨道”的含义是电子云,而不是经典的轨道。,寂辙粪并眠旅下引催婉摧几肾锚炬渴碉迫证无壳誊乡姬葬硕蛹沁册盎伏舒原子结构与键合原子结构与键合,(3)轨道磁量子数 mimi 决定了轨道角动量在外
13、磁场方向的投影值,mi = 0,1,2,li,根据 mi 的取值,限制了s,p,d,f 次壳层的轨道数分别为 1,3,5,7。(4)自旋磁量子数 sisi 决定了自旋角动量在外磁场方向的投影值,si = 1/2,只能取两个值。,弧果鲜抱冤裸蔗刘侨粪卑骑刽竟蓖氯望倦穆和邵缄洋团公髓淆双疗迢抽鄙原子结构与键合原子结构与键合,对于定态的原子来说,电子也不是位于确定半径的平面轨道上,而是有可能位于核外空间的任何地方,只是在不同的位置出现电子的几率不同。这样,经典的轨道概念就必须摒弃。人们往往用连续分布的“电子云”代替轨道来表示单个电子出现在各处的几率。电子云密度最大的地方就是电子出现几率最大的地方。,
14、桑铸嫁慷点叭殃桌尔镑香设悍精擅矿囚鹅枣藏屯醛趾哼棵苇同树看台己顷原子结构与键合原子结构与键合,第二节 元素周期律 元素的外层的电子结构随着原子序数的递增而呈周期性的变化规律称为元素周期律。元素周期表是元素周期律的集中体现。在同一周期中,各元素的原子核外电子层数相同,但从左到右核电荷数依次增多,原子半径逐渐减小,失电子能力逐渐减弱,得电子能力逐渐增强。因此,金属性逐渐减弱,非金属性逐渐增强;而在同一主族的元素中,从上到下,电子层数逐渐增多,原子半径增大,失电子能力逐渐增强,得电子能力逐渐减弱,所以,元素的金属性逐渐增强,非金属性逐渐减弱。 总之,元素的性质、原子结构和该元素在周期表中的位置三者有
15、着密切的关系。故可根据元素在周期表中的位置,推断它的原子结构和一定的性质,反之亦然。,籍样瘸寥邮方吃晓轴坦裙堤苟冷饼凰绎晤量贝绽菇樟疡冷蹿评锭澳膛箱况原子结构与键合原子结构与键合,第三节 原子间的键合 所谓结合键(bond)是指由原子结合成分子或固体的方式和结合力的大小。结合键决定了物质的一系列物理、化学、力学等性质。从原则上讲,只要能从理论上正确地分析和计算结合键,就能预测物质的各项性质。因此,结合键的分析和计算乃是各种分子和固体电子理论的基础。遗憾的是,目前还不能对各种物质的结合键进行准确的理论计算。 不论什么物质,其原子结合成分子或固体的力从本质上讲都起源于原子核和电子间的静电交互作用即
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 原子结构 ppt 课件
链接地址:https://www.31ppt.com/p-1320091.html