核外电子运动状态描述
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课件20张PPT。核外电子的运动状态---原子轨道韦纳·海森堡；1932年诺贝尔物理学奖获得者沃尔夫冈·泡利（奥地利物理学家。他是1945诺贝尔物理学奖获得者 薛定谔1933年诺贝尔物理学奖，被称为量子物理学之父。 “分身术”与“薛定谔之猫”原子核不衰变死猫原子核衰变活猫量子力学推导：原子核处于衰变和不衰变的叠加态 猫处于死与活的叠加状态结论：密闭箱中同时出现
衰变原子+未衰变原子 死猫+活猫！科学界反应：实验验证：1996年5月，美国科罗拉多州博尔德的国家标准与技术研究所（NIST）的Monroe等人用单个铍离子作成了“薛定谔的猫”并拍下了快照，发现铍离子在第一个空间位置上处于自旋向上的状态，而同时又在第二个空间位置上处于自旋向下的状态，而这两个状态相距80纳米之遥！（1纳米为1米的十亿分之一）——这在原子尺度上是一个巨大的距离。想像这个铍离子是个通灵大师，他在纽约与喜马拉雅同时现身，一个他正从摩天楼顶往下跳伞；而另一个他则正爬上雪山之巅！——量子的这种“化身博士”特点，物理学上称“量子相干性”。 英国著名科学家霍金听到薛定谔猫佯谬时说：“我去拿枪来把猫打死！” 薛定谔、爱因斯坦终生为设计实验验证此结论的谬误而努力，然而有生之年却未能如愿！也许有一天终有人能解开此谜？宏观和微观存在着巨大的差异！微观世界是如此奇妙，对微观世界的探索有力的推动了科学的发展，接下来就让我们走进薛定谔们所创造的量子力学的微观世界！从量子化的角度去探索核外电子的运动状态——原子轨道。（电子出现的位置、能量高低、运动情况）悬疑一：下列是高一时我们学习过的原子结构示意图
第n层容纳最多电子数=___________.此公式如何而来？2n2由波尔理论相邻能层电子跃迁只会有一条谱线！为什么会有两条或更多那？悬疑问题二薛定谔方程 与原子轨道1887-1961
E.Schrodinger ,
奥地利物理学家思维历程: 量子力学的诞生了解: 薛定谔方程(1926年提出) Hψ=Eψ
?－量子力学中描述核外电子
在空间运动的数学函数式，即原子轨道
E－轨道能量（动能与势能总和 ）
m—微粒质量，
h—普朗克常数
x,y, z 为微粒的空间坐标
?(x,y,z) 波函数薛定谔方程推导出的处于第3层一些原子轨道的空间形状：原子轨道与电子层的关系： 原子轨道可以理解为电子在某一层上出现的空间范围。一、原子轨道概念和描述1、定义：量子力学中单个电子的空间运动状态称为原子轨道.
2、概率描述：电子云（概率）
电子云：形象的描述电子在空间单位体积内出现的概率大小的图形称为电子云图
3、二者关系：电子云是轨道的概率描述，电子云的空间拓展范围原子轨道相同，即每一种取向的电子云代表一种特定原子轨道。可以用电子云的取向来形象的描述原子轨道原子轨道的确定（电子云）第二层电子云的形状有如：形状和电子层数有关系吗每一种形状的电子云又有不同的的取向；取向就是一个特定的原子轨道！例如p能级有：
电子云离核远近（能层）电子云形状（能级）电子云取向（特定轨道）二、原子轨道（电子云取向）的 量子化描述：①主量子数n: （能层 ）描述电子离核的远近或电子云在核外空间的扩展程度 n值越大能量越高。
n取值为正整数１，２，３，４，５，６…
对应符号为 Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ…
n 所表示的运动状态称为电子层、能层。
练习:下列各层电子能量的从高到低的顺序是
A. M层 B . K层 C . N层 D . L层 ②角量子数l（能级） :描述(电子云)原子轨道的形状．
l 取值为 0，１，２，３… (n-1)．共n个数值．
符号为 s， p， d， f 等．
若电子n、 l 的相同，则电子的能量相同．
在一个电子层中，l 的取值有多少个，表示电子层有多少个不同的能级．
练习:找出下列条件下能级的数目,并写出其能级的符号
A. n=1 B. n=2
C. n=3 D. n=41 1s2 2s 2p3 3s 3p 3d4 4s 4p 4d 4f规律: 每层的能级数值=电子层数③磁量子数m: 描述电子云的空间取向，即原子轨道态。
m可以取0、±1、±2 … ±l共(2l +1)个数值.
n、 l 、m确定,原子轨道就确定了.
原子轨道的表示方法：
s能级只有1个原子轨道，可表示为s。
p能级有3个原子轨道，可表示为px、py、pz。
d能级有5个原子轨道，f能级有7个原子轨道。
原子轨道的书写方法：
对于第n层的s轨道，可记作ns，对于第n层的3个p轨道，可记作nPx、nPy、nPz。
练习:找出下列条件下原子轨道的数目
n=1
B. n=2
C. n=3
1 1s4 2s 2px 2py 2pz 3s 3px 3py 3pz 3dxy 3dyz 3dxz
3dx2-y2 3dz2规律:每层的原子轨道数为层数的平方(n2)2练习:根据泡利原理,同一轨道中电子的运动状态均不 相同.试推断:每个原子轨道最多有几个电子?④自旋量子数ms:描述在能量完全相同时电子运动 的特殊状态(简称为电子自旋状态).
处于同轨道上的电子的自旋状态只有两种.
分别用ms =+1/2或-1/2 (通常用符号↑或 表示).
注意:自旋并不是”自转”,实际意义更为深远.
知识小结:
原子轨道:量子力学中单个电子的空间运动状态
描述原子轨道的量子数是:n、l、m.
描述电子能量高低的量子数：n、l、
描述电子运动的量子数是:n、l、m 、ms.
n、l、m 、ms的取值与原子轨道数的关系.
每层的能级数=电子层数(n)
每层的轨道数=电子层数的平方(n2)
悬疑一：下列是高一时我们学习过的原子结构示意图
第n层容纳的最多电子数=___________.此公式如何而来？2n2由波尔理论相邻能层电子跃迁只会有一条谱线！为什么会有两条或更多那？悬疑问题二问题延伸：单电子原子中第n能层的p能级向s能级跃迁无外磁场时有一条谱线，有外磁场时却分裂成三条，原因？
衰变原子+未衰变原子 死猫+活猫！科学界反应：实验验证：1996年5月，美国科罗拉多州博尔德的国家标准与技术研究所（NIST）的Monroe等人用单个铍离子作成了“薛定谔的猫”并拍下了快照，发现铍离子在第一个空间位置上处于自旋向上的状态，而同时又在第二个空间位置上处于自旋向下的状态，而这两个状态相距80纳米之遥！（1纳米为1米的十亿分之一）——这在原子尺度上是一个巨大的距离。想像这个铍离子是个通灵大师，他在纽约与喜马拉雅同时现身，一个他正从摩天楼顶往下跳伞；而另一个他则正爬上雪山之巅！——量子的这种“化身博士”特点，物理学上称“量子相干性”。 英国著名科学家霍金听到薛定谔猫佯谬时说：“我去拿枪来把猫打死！” 薛定谔、爱因斯坦终生为设计实验验证此结论的谬误而努力，然而有生之年却未能如愿！也许有一天终有人能解开此谜？宏观和微观存在着巨大的差异！微观世界是如此奇妙，对微观世界的探索有力的推动了科学的发展，接下来就让我们走进薛定谔们所创造的量子力学的微观世界！从量子化的角度去探索核外电子的运动状态——原子轨道。（电子出现的位置、能量高低、运动情况）悬疑一：下列是高一时我们学习过的原子结构示意图
第n层容纳最多电子数=___________.此公式如何而来？2n2由波尔理论相邻能层电子跃迁只会有一条谱线！为什么会有两条或更多那？悬疑问题二薛定谔方程 与原子轨道1887-1961
E.Schrodinger ,
奥地利物理学家思维历程: 量子力学的诞生了解: 薛定谔方程(1926年提出) Hψ=Eψ
?－量子力学中描述核外电子
在空间运动的数学函数式，即原子轨道
E－轨道能量（动能与势能总和 ）
m—微粒质量，
h—普朗克常数
x,y, z 为微粒的空间坐标
?(x,y,z) 波函数薛定谔方程推导出的处于第3层一些原子轨道的空间形状：原子轨道与电子层的关系： 原子轨道可以理解为电子在某一层上出现的空间范围。一、原子轨道概念和描述1、定义：量子力学中单个电子的空间运动状态称为原子轨道.
2、概率描述：电子云（概率）
电子云：形象的描述电子在空间单位体积内出现的概率大小的图形称为电子云图
3、二者关系：电子云是轨道的概率描述，电子云的空间拓展范围原子轨道相同，即每一种取向的电子云代表一种特定原子轨道。可以用电子云的取向来形象的描述原子轨道原子轨道的确定（电子云）第二层电子云的形状有如：形状和电子层数有关系吗每一种形状的电子云又有不同的的取向；取向就是一个特定的原子轨道！例如p能级有：
电子云离核远近（能层）电子云形状（能级）电子云取向（特定轨道）二、原子轨道（电子云取向）的 量子化描述：①主量子数n: （能层 ）描述电子离核的远近或电子云在核外空间的扩展程度 n值越大能量越高。
n取值为正整数１，２，３，４，５，６…
对应符号为 Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐ…
n 所表示的运动状态称为电子层、能层。
练习:下列各层电子能量的从高到低的顺序是
A. M层 B . K层 C . N层 D . L层 ②角量子数l（能级） :描述(电子云)原子轨道的形状．
l 取值为 0，１，２，３… (n-1)．共n个数值．
符号为 s， p， d， f 等．
若电子n、 l 的相同，则电子的能量相同．
在一个电子层中，l 的取值有多少个，表示电子层有多少个不同的能级．
练习:找出下列条件下能级的数目,并写出其能级的符号
A. n=1 B. n=2
C. n=3 D. n=41 1s2 2s 2p3 3s 3p 3d4 4s 4p 4d 4f规律: 每层的能级数值=电子层数③磁量子数m: 描述电子云的空间取向，即原子轨道态。
m可以取0、±1、±2 … ±l共(2l +1)个数值.
n、 l 、m确定,原子轨道就确定了.
原子轨道的表示方法：
s能级只有1个原子轨道，可表示为s。
p能级有3个原子轨道，可表示为px、py、pz。
d能级有5个原子轨道，f能级有7个原子轨道。
原子轨道的书写方法：
对于第n层的s轨道，可记作ns，对于第n层的3个p轨道，可记作nPx、nPy、nPz。
练习:找出下列条件下原子轨道的数目
n=1
B. n=2
C. n=3
1 1s4 2s 2px 2py 2pz 3s 3px 3py 3pz 3dxy 3dyz 3dxz
3dx2-y2 3dz2规律:每层的原子轨道数为层数的平方(n2)2练习:根据泡利原理,同一轨道中电子的运动状态均不 相同.试推断:每个原子轨道最多有几个电子?④自旋量子数ms:描述在能量完全相同时电子运动 的特殊状态(简称为电子自旋状态).
处于同轨道上的电子的自旋状态只有两种.
分别用ms =+1/2或-1/2 (通常用符号↑或 表示).
注意:自旋并不是”自转”,实际意义更为深远.
知识小结:
原子轨道:量子力学中单个电子的空间运动状态
描述原子轨道的量子数是:n、l、m.
描述电子能量高低的量子数：n、l、
描述电子运动的量子数是:n、l、m 、ms.
n、l、m 、ms的取值与原子轨道数的关系.
每层的能级数=电子层数(n)
每层的轨道数=电子层数的平方(n2)
悬疑一：下列是高一时我们学习过的原子结构示意图
第n层容纳的最多电子数=___________.此公式如何而来？2n2由波尔理论相邻能层电子跃迁只会有一条谱线！为什么会有两条或更多那？悬疑问题二问题延伸：单电子原子中第n能层的p能级向s能级跃迁无外磁场时有一条谱线，有外磁场时却分裂成三条，原因？