2019年岩土工程师《基础知识》考点:原子结构

原子结构：

1.核外电子的运动特性

核外电子运动具有能量量子化、波粒二象性和统计性的特征，不能用经典的牛顿力学来描述核外电子的运动状态。

2.核外电子的运动规律的描述

由于微观粒子具有波的特性，所以在量子力学中用波函数Ψ来描述核外电子的运动状态，以代替经典力学中的原子轨道概念。

(1)波函数Ψ(原子轨道)：用空间坐标来描写波的数学函数式,以表征原子中电子的运动状态。

一个确定的波函数Ψ，称为一个原子轨道。

(2)概率密度(几率密度)：Ψ2表示微观粒子在空间某位置单位体积内出现的概率即概率密度。

(3)电子云：用黑点疏密的程度描述原子核外电子出现的概率密度(Ψ2)分布规律的图形。黑点较密的地方,表示电子出现的概率密度较大,单位体积内电子出现的机会较多。

(4)四个量子数:波函数Ψ由n.l.m三个量子数决定，

三个量子数取值相互制约：

1) 主量子数n的物理意义：

n的取值：n=1,2,3，4……∞ ,

意义： 表示核外的电子层数并确定电子到核的平均距离;确定单电子原子的电子运动的能量。

n = 1，2，3，4, ……∞， 对应于电子层K，L，M，N, ···

具有相同n值的原子轨道称为处于同一电子层。

2) 角量子数ι:

ι的取值：受n的限制，ι= 0,1,2……n-1 (n个)。

意义：表示亚层，确定原子轨道的形状;对于多电子原子，与n共同确定原子轨道的能量。…

ι的取值： 1 ， 2 ， 3 ， 4

电子亚层： s, p, d, f……

轨道形状： 球形 纺锤形 梅花形 复杂

图3-1

3) 磁量子数m:

m的取值：受ι的限制， m=0 ,±1,±2……±ι(2ι+1个) 。

意义：确定原子轨道的空间取向。

ι=0， m=0， s轨道空间取向为1;

ι=1, m=0 ,±1， p轨道空间取向为3;

ι=2, m=0 ,±1,±2 , d轨道空间取向为5;

……

n，ι相同的轨道称为等价轨道。

一个原子轨道是指n、ι、m三种量子数都具有一定数值时的一个波函数Ψ(n,ι,m)，例如Ψ(1,0,0)代表基态氢原子的波函数。

n、ι、m取值合理才能确定一个存在的波函数，亦即确定电子运动的一个轨道。

n、ι、m的取值与波函数：

n=1(1个), ι=0,m=0, Ψ(1,0,0)

n=2(4个), ι={

n=3(9个), ι={

n=4(16个)

……

波函数Ψ数目=n2

在一个确定的原子轨道下，电子自身还有两种不同的运动状态，这由mS确定.

意义：代表电子自身两种不同的运动状态(习惯以顺、逆自旋两个方向形容这两种不同的运动状态,可用↑↑ 表示自旋平行,↑↓表示自旋反平行。

这样n、ι、m、mS四个量子数确定电子的一个完整的运动状态,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

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