文档介绍：原子结构和分子结构
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教 学 要 求
掌握核外电子运动的特殊性——波粒二象性
掌握波函数、原子轨道、电子云的概念及意义
掌握描述核外电子运动特征的四个量子数
掌握原子轨道的角度成功解释氢原子光谱及类氢离子光谱。误差在千分之一以下。
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优点：
指出原子结构量子化的特性
用量子化解释了原子结构和氢光谱的关系
缺点：
未能完全摆脱经典物理的束缚
无法解释多电子系统和原子光谱的精细结构
玻尔理论的优缺点
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对于原子中电子运动的描述，要在新的量子力学出现后，才能得到和实验结果相符合的结果。
相对于量子力学，1900-1925年，称为旧量子论阶段
量子力学的基础是：波粒二象性、测不准原理和薛定谔方程。
—— 核外电子运动状态的现代概念
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量子力学概念
1. 微观粒子的波粒二象性 — 物质波
1924年，德布罗意
电子等微观粒子与光一样具有波粒二象性
三年后，假设由电子衍射实验证实。
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电子衍射实验
单个电子穿过晶体投射在屏幕上
多个电子穿过晶体投射在屏幕上
电子衍射图
a
b
c
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如何理解电子衍射图
统计解释：用弱的电子流使电子一个个地通过晶体光栅或者使某个电子反复通过晶体光栅而到达底片，长时间后，也有相同的衍射图形。说明电子衍射不是电子与电子之间相互作用的结果，是由电子本身运动的规律性所致，是和大量电子的运动统计性规律联系在一起的。所以电子波又称统计波或概率波，也称为物质波。
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2. 不确定原理
1927，海森堡
无法同时准确测定微观粒子的位置和动量
不确定原理
Δx 为 x 方向坐标的测不准量（误差）
Δpx 为 x 方向的动量测不准量（误差）
微观粒子运动无确定的运动轨道，应该用量子力学来描述微观粒子的运动
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3. 薛定谔方程 — 电子波动方程
1926年，薛定谔利用德布罗意的物质波的观点，提出了描述微观粒子运动规律的方程，后称为薛定谔方程。该方程的提出标志着量子力学的诞生，它是量子力学的最重要的基本方程。
x, y, z : 电子的空间坐标； m :电子的质量
V : 电子的势能; E : 电子的总能量
: 方程的函数解，称为波函数
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是描述氢原子核外运动状态的数学函数，称为波函数
是薛定谔方程的合理解，无明确的物理意义
||2 表示在空间某处电子出现的概率密度
该点周围微单位体积内电子出现的概率
薛定谔方程的物理意义
量子力学的一个基本方程，提出了波函数 (x,y,z)
量子力学用波函数 (x,y,z)和其相应的能量来描述电子的运动状态
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电子运动的特征：
1. 电子具有波粒二象性，它具有质量、能量等粒子特征，又具有波长这样的波的特征。电子的波动性与其运动的统计规律相联系，电子波是概率波；
2. 电子等微观粒子不能同时测准它的位置和动量，不存在确定的运动轨道。它在核外空间出现体现为概率的大小，有的地方出现的概率小，有的地方出现的概率大
4. 每一 对应一确定的能量值，称为“定态”。电子的能量具有量子化的特征，是不连续的。基态时能量最小，激发态的能量高。
3. 电子的运动状态可用波函数 和其相应的能量来描述。波函数 是薛定谔方程的合理解， 表示概率密度。
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量子数是一些不连续的、分立的数值，它的增减只能是 1 的整数倍，体现了某些物理量的不连续变化 ，称为量子化。
n、l、m的取值和组合一定时 才能合理存在，因此三个合理量子数取值的组合就可以确定一个波函数
n、l、m是求解薛定谔方程中的自然体现
一般记成：
薛定谔方程的解为系列合理解，每个解都有一定的能量与其对应，同时每个解 都要受到三个常数(n, l, m)的规定，即为量子数。
一、量子数和氢原子的波函数
量子数
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（一）主量子数(n)
主量子数 n 反映了电子在核外空间出现概率最大的区域离核的远近，这些区域俗称为电子层，是决定核外电子能量