文档介绍：第三章物质的结构和材料的性质
罗立新
武汉大学化学与分子科学学院
12 十一月 2017
第三章物质的结构和材料的性质3
(1) 原子核外电子运动状态
(2) 元素周期律金属材料
(3)化学键分子间力高分子材料
(4)晶体缺陷陶瓷和复合材料
武汉大学土木工程化学2012
原子核外电子运动状态
. Dalton原子模型——原子是物质的不可再分的最小实心微粒。
19世纪末,X射线、电子射线被发现,结果表明原子是可以分割的,不是最后质点。
阴极射线
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“浸入式”原子模型
——认为原子是由带正电的均匀连续体和在其中运动的负电子构成。
“含核”原子模型
——认为原子中心有一个小而重的带正电荷的原子核,核外有电子绕核的外围作空间运动。
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微观粒子运动具有量子化的特征,提出了关于原子轨道能级的概念。
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1 波粒二象性
对于光的本性,曾经有微粒说、波动说的长期争论,后来确认既具有微粒性,又具有波动性,称为波粒二象性。
物质波的概念(1929年诺贝尔物理学奖)
1924年de Broglie在光的启发下提出一切物质都具有粒子和波动的性质,即波粒二象性。
把作为粒子特征的动量P和表现波特性的波长联系起来。
E为粒子的能量; 为粒子物质波的波长;
P为粒子的动量; 为粒子物质波的频率;
h为普朗克常数; v为粒子物质波的运动速度。
P =
E
V
=
h
V
=
h
或
=
h
p
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例:
重 25g的子弹,飞行速度为 ×-1 ,其= ×10-35m
×10-28 g的电子,运动速度为 3×106m·s-1,其= ×10-10m
可见,对于宏观物质,其波动性微乎甚微,可以忽略,但对于电子、质子、中子、原子、分子等微观微粒,其波动性相对较大,成为重要性能。就是说,微观粒子都具有波粒二象性。
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1927年,Davisson(戴维逊)、Germer(盖末) 通过电子衍射证实了de Broglie(德布罗伊)的假设,即电子和光子一样具有波粒二象性。
X射线衍射图电子射线衍射图
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微观粒子具有波粒二象性,就不能象宏观物体那样在确定的时间断内准确的描述出其运动的轨迹。
微观粒子的运动符合下列关系:
X 为微观粒子在某一方向的位置(或坐标)测不准量;
Px 为动量在x方向的分量测不准量; h 为Planck常数。
2、微观粒子运动的统计性
也就是说,微观粒子运动的距离变化与动量变化不能同时测准,这就是有名的海森堡测不准原理。
测不准原理是微观粒子的固有属性,不能用牛顿力学描述。我们只能用统计的方法,描述大量微观粒子运动的行为,即在一定区域内出现的概率,因而电子运动的轨道失去了其真正的含义。
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原子轨道和电子云
1926年,SchrÖdinger(薛定谔)根据德布罗伊物质波的观点将电子的粒子性代入波动方程。
是描述波动的函数,称为波函数,可用来表示任何微观粒子的行为。
波函数ψ是三维空间x、y、z的函数,其二阶偏微分方程就是有名的薛定谔方程
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