核外电子运动状态 核外电子运动状态 的关 法测 N电压 1山×18 核外电子运动状态 核外电子运动状态 用横述安赛物体运动的轨 中的物体在每一定的 ×10J1×10gm 位 处于制克常的士级 即： 4rm≥hx=523X10gm。。。 确定时间 核外电子运动状态 核外电子运动状态 许多宏观事物也需要用几率才能描运。 例如 地电子 以海到无须记录射时序的几率分布， 的a2p,82∂2 x2v2 但可以用几率，用电于曲现在外空各点的几分 薛定谔，ES 核外电子运动状态 运状态， 子的能量随着增，其 及它们 电子为 角 作用。挂轻种率子的型程要的 中和主子一样 子轨道的形秋并在多电子原子 E=-13.6er n2 0●0 原子对的经第角度无关 A4  核外电子运动状态 实物 质量m/kg  速度v/(m.s ­1 ) 波长λ/pm 1V电压加速的电子 9.1×10 ­31  5.9×10 5  1200  100V电压加速的电子 9.1×10 ­31  5.9×10 6  120  1000V电压加速的电子 9.1×10 ­31  1.9×10 7  37  10000V电压加速的电子 9.1×10 ­31  5.9×10 7  12  He原子（300K） 6.6×10 ­27  1.4×10 3  72  Xe原子（300K） 2.3×10 ­25  2.4×10 2  12  垒球 2.0×10 ­1  30  1.1×10 ­22  枪弹 1.0×10 ­2  1.0×10 3  6.6×10 ­23  实物颗粒的质量、速度与波长的关系 计算表明，宏观物体的波长太短，根本无法测 量，也无法察觉，因此我们对宏观物体不必考察其 波动性，而对高速运动着的质量很小的微观物体， 如核外电子，就要考察其波动性。 这一关系式被戴维森和革尔麦的电子衍射实验 所证实。 核外电子运动状态 电子衍射实验表明，电子的运动并不服从经典 力学(即牛顿力学)规律，因为符合经典力学的质点 运动时有确定的轨道，在任一瞬间有确定的坐标和 动量。 核外电子运动状态 五、海森堡不确定原理 量子力学论证了，不能用描述宏观物体运动的“轨 迹”概念来描述微观物体的运动。 所谓“轨迹”，就意味着运动中的物体在每一确定的 时刻就有一确定的位置。微观粒子不同于宏观物体,它 们的运动是无轨迹的，即在一确定的时间没有一确定的 位置。 这一点可以用海森堡不确定原理来说明：对于一个 物体的动量(mv)的测量的偏差(Dmv)和对该物体的位置 (x)的测量偏差(Dx)的乘积处于普朗克常数的数量级,  即： (Dx)·(Dmv)≥h/4p＝5.273×10 ­35kg·m2· s ­1 核外电子运动状态 对于氢原子的基态电子，玻尔理论得出结论是： 氢原子核外电子的玻尔半径是52.9pm;它的运动速度为 2.18×10 7m/s,相当于光速(3×10 8m/s)的7％。已知电子的 质量为9.1×10 ­31kg,假设我们对电子速度的测量准确量 Dv=10 4m/s时，即： (Dmv)=9.1×10 ­31×10 4kg·m/s =9.1×10 ­27kg·m/s 这样,电子的运动坐标的测量偏差就会大到: Dx=5.273×10 ­35kg·m2 · s ­1÷9.1×10 ­27kg·m/s =5795×10 ­12m= 5795 pm 这就是说，这个电子在相当于玻尔半径的约110倍 (5795/52.9)的内外空间里都可以找到,则必须打破轨迹 的束缚：宏观→确定时间→确定位置→轨迹。 核外电子运动状态 对于不能同时确定其位置与时间的事物，需要换 一种描述方式，即用“几率”来描述。 许多宏观事物也需要用几率才能描述。例如，一 个技术稳定的射箭选手，我们并不能肯定他射出的第 几根箭会射中靶心，但可以给出这根箭射中靶心的百 分率，也就是几率。我们不可能得知他射出100根箭时 每一根箭落在哪里，但是，若在他射完100根箭后，可 以得到无须记录射箭时序的几率分布图。 描述核外电子不用轨迹，也无法确定它的轨迹， 但可以用几率，用电子出现在核外空间各点的几率分 布图来描述。 核外电子运动状态 六、核外电子运动状态的描述 在量子力学处理氢原子核外电子的理论模型中， 最基本的方程叫做薛定谔方程，是由奥地利科学家薛 定谔（E.Schrödinger 1887­1961）在1926年提出来的。 薛定谔方程是一个二阶偏微分方程，它的自变量是核 外电子的坐标（直角坐标x，y，z或者极坐标r，q， f），它的因变量是电子波的振幅（Y）。 给定电子在符合原子核外稳定存在的必要、合理 的条件时（如Y的取值必须是连续的、单值的，也就是 坐标一定时电子波的振幅是唯一的单值，是连续的函 数，等等），薛定谔方程得到的每一个解就是核外电 子的一个定态，它具有一定的能量（E），具有一个电 子波的振幅随坐标改变的的函数关系式[Y=f(x,y,z)或 Y=f(r,q,f)]，称为振幅方程或波动方程。 E  V  Ψ h  m  z  Ψ y Ψ x Ψ ( ) 8  2  2  2  2  2  2  2  2 = - - ¶ ¶ + ¶ ¶ + ¶ ¶ p 核外电子运动状态 为了得到电子运动状态合理的解，必须引用只能 取某些整数值的三个参数，称它们为量子数，这三个 量子数可取的数值及它们的关系如下： 主量子数：n=1,2,3,4…  角量子数：l=0,1,2…,(n­1) 磁量子数：m=0,±1,±2,±3…,…l  １、主量子数n  主量子数确定电子运动的能量时起着头等重要的 作用。在氢原子中电子的能量则完全由n决定。 2  13. 6 n eV  E = - 核外电子运动状态 常用符号K,L,M,N,O,P,Q代表n=1,2,3,4,5,6,7  当主量子数n增加时，电子的能量随着增加，其 电子出现离核的平均距离也相应增大。 在一个原子内，具有相同主量子数的电子，几乎 在同样的空间范围运动，故称为主量子数。n相同的 电子为一个电子层。 2、角量子数l  角量子数l确定原子轨道的形状，并在多电子原子 中和主量子数一样决定电子的能级（后面介绍）。 电子绕核运动时，不仅具有一定的能量，而且具 有一定的角动量M，它的大小同原子轨道的形状有密 切关系。 如：M=0时，即l=0，电子运动情况同角度无关， 原子轨道呈球形对称。l=1时呈哑铃形