物质结构与物质状态

一、内容提要：本讲主要是讲解氢原子结构、薛定谔方程简介、多电子原子的能级、核外电子排布原理和电子排布、化学键、杂化轨道和分子空间构型、分子间作用力、晶体的类型及性质、氧化物及其水合物的酸碱性等。

二、本讲的重点是：多电子原子的能级、核外电子排布原理和电子排布、晶体的类型及性质、氧化物及其水合物的酸碱性

本讲的难点是：氢原子结构、薛定谔方程 、杂化轨道和分子空间构型

三、内容讲解：

原子序数=核电荷数=核内质子数=核外电子数

1、氢原子结构

（一）光谱

光谱：借助于棱镜的色散作用，把复色光分解为单色光所排列成的光带称为光谱。

连续光谱：由炽热的固体或液体所发出的光，通过棱镜而得到的一条包含各种波长的光的彩色光带，叫做连续光谱。 在可见光区内，各种色光按波长从大到小的排列顺序是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。

线状光谱：由激发态单原子气体所发出的光，通过棱镜而得到的由黑暗背景间隔开的若干条彩色亮线，叫做线状光谱。

（二）氢原子光谱

氢原子光谱在可见光区内有红、青、蓝、紫四条谱线，分别为Hα（656.3nm）、Hβ（486.1nm）、Hγ（434.1nm）、Hδ（410.2nm）。

谱线的波长越来越短，谱线间的距离越来越近，谱线的强度也越来越弱，在波长等于364.6nm处为该线的极限，表现出明显的规律性。

式中R叫做里德堡常数，当用频率v表示时，其值为3.289×1015Hz，n1，n2都是正整数，且n2》 n1。

（三）玻尔理论和能级的概念

玻尔理论：

1913年，年轻的丹麦物理学家玻尔提出了大胆的假设：

（1）核外电子运动取一定的稳定轨道，在此轨道上运动的电子不放出也不吸收能量。

（2）在一定轨道上运动的电子有一定的能量，这能量只能取某些由量子化条件决定的分立数值。

根据量子化条件，可推求出氢原子核外轨道的能量公式：

第一条假设回答了原子可以稳定存在的问题：

原子在正常或稳定状态时，电子尽可能地处于能量最低的轨道，这种状态称为基态。

氢原子处于基态时，电子在n=l的轨道上运动，能量最低为13.6ev，。

第二条假设，是玻尔把量子条件引入原子结构中，得到了核外电子运动能量是量子化

的结论，即电子运动的能量只能取一些不连续的能量状态，又称为电子的能级。

根据第二条假设，当电子从高能量的能级（E2）跳回到较低能级（E1）时，就会放出能量。释放出的光子的频率和能量的关系为： E2- E1=hv

（四）核外电子运动的波粒二象性

波粒二象性：微观粒子有时显示出波动性（这时粒子性不显著）有时显示出粒子性（这时波动性不显著）这种在不同条件下分别表现为波动和粒子的性质，称为波粒二象性。

2、薛定谔方程简介

薛定谔方程是一个偏微分方程，对单电子体系可写成下列形式：

式中，m是电子的质量，E是电子的总能量，V是电子的势能，（E—V）是电子的动能，x、y、z为空间坐标，ψ代表方程的解，叫做波函数。

所谓解薛定谔方程就是要求得两个重要的量，波函数ψ与其相应的总能量E。只要有了这两个量，那么原子内电子的空间运行状态（电子云的几率密度分布、能量、电子云的大小、形状和空间伸展方向等）也就确定了。