無(wú)無(wú) 機(jī)機(jī) 及及 分分 析析 化化 學(xué)學(xué) 授課授課教師教師郭小峰郭小峰化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院 化西112(交作業(yè)處)18971609131張華山張華山化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院 化西18986075097基本基本定義定義 對(duì)原來(lái)對(duì)原來(lái)無(wú)機(jī)化學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)和和分析化學(xué)分析化學(xué)課課程的基本理論、基本知識(shí)進(jìn)行程的基本理論、基本知識(shí)進(jìn)行優(yōu)化優(yōu)化組合組合、有機(jī)結(jié)合有機(jī)結(jié)合而成的一門獨(dú)立的而成的一門獨(dú)立的新課程。新課程。課程課程內(nèi)容內(nèi)容無(wú)無(wú)機(jī)機(jī)及及分分析析化化學(xué)學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)化學(xué)分析化學(xué)分析儀器分析原子與分子原子與分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)理論理論化學(xué)化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)理論：理論：酸堿、沉淀、配位、氧化還原元素化合物結(jié)構(gòu)與元素化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)性質(zhì)：主族與副族元素原子：元素周期律原子：元素周期律分子：化學(xué)鍵理論分子：化學(xué)鍵理論分析概論：分析概論：任務(wù)、作用、分類與有效數(shù)字任務(wù)、作用、分類與有效數(shù)字滴定分析：滴定分析：酸堿酸堿、絡(luò)合絡(luò)合、氧化還原氧化還原、沉淀沉淀重量分析：重量分析：基于稱量操作的分析化學(xué)方法基于稱量操作的分析化學(xué)方法光度分析：光度分析：基于基于光吸收測(cè)量光吸收測(cè)量的分析化學(xué)方法的分析化學(xué)方法光學(xué)方法電學(xué)方法：電位、庫(kù)侖、伏安色譜方法：氣相、液相、毛細(xì)管電泳原子光譜：發(fā)射、吸收、熒光、質(zhì)譜分子光譜：紫外、紅外、核磁共振學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)意義意義n 藥物中微量元素含量含量分析分析（如Se、Cd、Hg）n 藥物成分形態(tài)分析形態(tài)分析（如雄黃與砒霜）n 中藥成分分析成分分析（如川穹原材）n 藥理藥效藥理藥效試驗(yàn)（如降血糖藥）n 藥物合成表征合成表征（如西藥合成）n 生命體的成像成像（如細(xì)胞、生物大分子）分析化學(xué)是藥學(xué)的重要手段（藥物分析化學(xué)藥物分析化學(xué)）n 無(wú)機(jī)化學(xué)是藥學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科之一砷的不同化合物As2S2（）、As2S3（）As2O3（）鉻的不同價(jià)態(tài)Cr(III)三價(jià)鉻化合物被認(rèn)為是毒性最小的化合物，三價(jià)鉻化合物被認(rèn)為是毒性最小的化合物，同時(shí)它對(duì)糖尿病起到一定的治療作用，因此同時(shí)它對(duì)糖尿病起到一定的治療作用，因此被用作營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑；被用作營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑；Cr(VI)六價(jià)鉻化合物在上世紀(jì)就被認(rèn)為是一類致六價(jià)鉻化合物在上世紀(jì)就被認(rèn)為是一類致癌物之一。癌物之一。無(wú)機(jī)元素形態(tài)分析無(wú)機(jī)元素形態(tài)分析雄黃雄黃雌黃雌黃砒霜砒霜min020406080100mAU02004006008001000120014001600min020406080100mAU02004006008001000四川四川min020406080100mAU02004006008001000廣東廣東江西江西中藥指紋圖譜技術(shù)中藥指紋圖譜技術(shù)血樣：新鮮的毛細(xì)血管全血血樣：新鮮的毛細(xì)血管全血血樣量：血樣量：1微升（最少）微升（最少）測(cè)量時(shí)間：測(cè)量時(shí)間：5秒秒基本原理：葡萄氧化酶電化學(xué)基本原理：葡萄氧化酶電化學(xué)生物傳感器生物傳感器電源：可更換的電源：可更換的3.0V鋰電池鋰電池尺寸尺寸:3.12X2.25X.85藥理藥效分析藥理藥效分析美國(guó)強(qiáng)生穩(wěn)豪血糖儀 微鏡下的美麗細(xì)胞成纖維細(xì)胞的微管 染色體染色體(藍(lán)色藍(lán)色)及微管及微管小鼠小腦組織樣本小鼠小腦組織樣本 小鼠內(nèi)耳的組織小鼠內(nèi)耳的組織 熒熒光光成成像像技技術(shù)術(shù)第第 1 章章 原子結(jié)構(gòu)與周期律原子結(jié)構(gòu)與周期律1.1 核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)1.2 原子核外電子的排布和元素周期系原子核外電子的排布和元素周期系1.3 元素某些性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系元素某些性質(zhì)與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 物質(zhì)是由原子和分子組成的！原原子子原子核原子核核外電子核外電子質(zhì)子質(zhì)子中子中子帶單位正電，相對(duì)質(zhì)量帶單位正電，相對(duì)質(zhì)量1，質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)決定元素種類決定元素種類不帶電，相對(duì)質(zhì)量不帶電，相對(duì)質(zhì)量1；中子數(shù)影響元素；中子數(shù)影響元素的相對(duì)原子質(zhì)量的相對(duì)原子質(zhì)量（=質(zhì)子數(shù)質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)）中子數(shù)）帶單位負(fù)電，相對(duì)質(zhì)量帶單位負(fù)電，相對(duì)質(zhì)量1/1836；最外層電最外層電子數(shù)決定元素的化學(xué)性質(zhì)、子數(shù)決定元素的化學(xué)性質(zhì)、元素的最高正元素的最高正價(jià)和最低負(fù)價(jià)價(jià)和最低負(fù)價(jià)核電荷數(shù)質(zhì)子數(shù)核外電子數(shù)核電荷數(shù)質(zhì)子數(shù)核外電子數(shù)核外電子繞核運(yùn)動(dòng)，如何運(yùn)動(dòng)？核外電子繞核運(yùn)動(dòng)，如何運(yùn)動(dòng)？核外電子如何排列？核外電子如何排列？盧瑟福原子模型盧瑟福原子模型（1911）道爾頓原子模型道爾頓原子模型（1803）湯姆生原子模型湯姆生原子模型（1904）玻爾原子模型玻爾原子模型電子云模型電子云模型（1913）（1927-1935）第第1節(jié)節(jié) 核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)色彩帶狀圖案-連續(xù)連續(xù)光譜光譜1.1.3 氫原子氫原子光譜光譜太太陽(yáng)陽(yáng)光光氫氫光譜是不連續(xù)的，即光譜是不連續(xù)的，即線狀光譜線狀光譜。氫原子光譜氫原子光譜 在可見(jiàn)光區(qū)可見(jiàn)光區(qū)，得到四條明顯的譜線，H H，H H，H H，H H，其波長(zhǎng)分別為656.3656.3，486.1486.1，434.0434.0，410.2410.2 nm。18851885年，年，巴爾麥巴爾麥研究發(fā)現(xiàn)，譜線的波長(zhǎng)服從如下公式：研究發(fā)現(xiàn)，譜線的波長(zhǎng)服從如下公式：R R(里得堡常數(shù)里得堡常數(shù))1.0973731.097373 10107 7 m m-1-1；n2n2,正整數(shù)正整數(shù)。后來(lái)，在后來(lái)，在紫外、紅外區(qū)紫外、紅外區(qū)也發(fā)現(xiàn)了氫光譜的若也發(fā)現(xiàn)了氫光譜的若干譜線，干譜線，1913年年里得堡里得堡提出了適用所有氫光譜提出了適用所有氫光譜的通式：的通式：R：里得堡常數(shù)，里得堡常數(shù)，1.097373 107 m-1；n1和和n2為為正整數(shù)正整數(shù)，且，且n2 n1?！居纱丝梢?jiàn)，由此可見(jiàn)，H光譜具有如下特征光譜具有如下特征】(1)(1)不連續(xù)光譜，即不連續(xù)光譜，即線狀光譜線狀光譜；(2)(2)其其波長(zhǎng)波長(zhǎng)（或頻率）具（或頻率）具有一定的規(guī)律有一定的規(guī)律；重要重要1.1.4 波爾波爾理論理論 為了解釋氫光譜，玻為了解釋氫光譜，玻爾在爾在普朗克的量子論普朗克的量子論和和愛(ài)因斯坦的光子學(xué)說(shuō)愛(ài)因斯坦的光子學(xué)說(shuō)基基礎(chǔ)之上，礎(chǔ)之上，于于1913年初，年初，提出了著名的玻爾原子提出了著名的玻爾原子理論（理論（三點(diǎn)假設(shè)三點(diǎn)假設(shè)）。）。1 1、定態(tài)假設(shè)、定態(tài)假設(shè) 原子中，電子不能任意運(yùn)動(dòng)，只能在原子中，電子不能任意運(yùn)動(dòng)，只能在確定半徑確定半徑和能量的特定軌道和能量的特定軌道上運(yùn)動(dòng)；上運(yùn)動(dòng)；電子在這樣的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，不輻射電磁波，電子在這樣的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，不輻射電磁波，處于一種處于一種穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)；類比：類比：衛(wèi)星在固定衛(wèi)星在固定軌道軌道上運(yùn)行上運(yùn)行2 2、躍遷假設(shè)、躍遷假設(shè) 電子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，會(huì)放出或電子從一個(gè)定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，會(huì)放出或吸收輻射能，輻射能的頻率滿足如下關(guān)系：吸收輻射能，輻射能的頻率滿足如下關(guān)系：E：軌道能量軌道能量h：Planck常數(shù)常數(shù)（6.6262 10-34Js）類比：類比：衛(wèi)星衛(wèi)星變軌變軌過(guò)程，消耗燃料過(guò)程，消耗燃料3 3、角動(dòng)量量子化假設(shè)、角動(dòng)量量子化假設(shè) 電子只能在電子只能在特定的軌道特定的軌道上運(yùn)動(dòng)，這些軌道上上運(yùn)動(dòng)，這些軌道上電子的電子的角動(dòng)量角動(dòng)量M必須是必須是h/2 的的整數(shù)倍整數(shù)倍上。上。r：軌道半徑軌道半徑 類比：類比：地球同步軌道，衛(wèi)星高度地球同步軌道，衛(wèi)星高度35786公里公里 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：成功地解釋了氫光譜成功地解釋了氫光譜（線狀光譜以及譜線（線狀光譜以及譜線位置的規(guī)律）位置的規(guī)律）;不足：不足：不能解釋多電子原子的光譜不能解釋多電子原子的光譜，甚至，甚至不能解不能解釋氫光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)釋氫光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu) 根源：根源：Bohr雖然引進(jìn)了經(jīng)典物力學(xué)中沒(méi)有的雖然引進(jìn)了經(jīng)典物力學(xué)中沒(méi)有的量子化量子化概念概念，但它的，但它的基礎(chǔ)仍然是經(jīng)典力學(xué)，基礎(chǔ)仍然是經(jīng)典力學(xué)，仍然把電子完全當(dāng)仍然把電子完全當(dāng)作作普通粒子普通粒子，只考慮了其，只考慮了其粒子性粒子性。4 4、玻爾、玻爾理論的優(yōu)點(diǎn)及不足理論的優(yōu)點(diǎn)及不足電子：什么樣的特殊粒子？電子：什么樣的特殊粒子？1.1.5 微觀粒子的波粒二象性微觀粒子的波粒二象性普通粒子：普通粒子：固定固定的運(yùn)動(dòng)軌跡的運(yùn)動(dòng)軌跡 經(jīng)典力學(xué)描述經(jīng)典力學(xué)描述 愛(ài)因斯坦的光子學(xué)說(shuō)，認(rèn)為光具有波動(dòng)性和粒子性。波動(dòng)性波動(dòng)性表現(xiàn)為：光的衍射衍射、干涉干涉等粒子性粒子性表現(xiàn)為：光電效應(yīng)光電效應(yīng)因此，因此，光具有波粒二象性光具有波粒二象性。對(duì)于光的本質(zhì)研究，人們長(zhǎng)期以來(lái)注重其波動(dòng)性對(duì)于光的本質(zhì)研究，人們長(zhǎng)期以來(lái)注重其波動(dòng)性而忽略其粒子性；而忽略其粒子性；于是，于是，在光的波粒二象性啟發(fā)下，大膽在光的波粒二象性啟發(fā)下，大膽預(yù)言預(yù)言電子等微觀粒子電子等微觀粒子也具有也具有波粒二象性波粒二象性。1924 年，年，L.de Broglie (1892-1987)指出指出:與其相反，對(duì)于實(shí)物粒子的研究，人們過(guò)分重與其相反，對(duì)于實(shí)物粒子的研究，人們過(guò)分重視其粒子性，而忽略了其波動(dòng)性。視其粒子性，而忽略了其波動(dòng)性。電子衍射實(shí)驗(yàn)電子衍射實(shí)驗(yàn)（1927年，戴維森和革爾麥）證實(shí)年，戴維森和革爾麥）證實(shí)了得布羅意的預(yù)言。了得布羅意的預(yù)言。電子槍發(fā)射的高速電子流通過(guò)薄晶體片，經(jīng)電子槍發(fā)射的高速電子流通過(guò)薄晶體片，經(jīng)晶格的狹縫晶格的狹縫射到感光熒屏，得到射到感光熒屏，得到明暗相間明暗相間的環(huán)的環(huán)紋，紋，類似于類似于光波光波的的衍射環(huán)紋衍射環(huán)紋。說(shuō)明：說(shuō)明：電子具有波動(dòng)性電子具有波動(dòng)性de Broglie 將將 Einstein 的質(zhì)能方程（的質(zhì)能方程（E=m c 2）和光子的能量公式（和光子的能量公式（E=h ）聯(lián)立：聯(lián)立：用用 P 表示動(dòng)量，則表示動(dòng)量，則 P=mc，故有公式故有公式P 是表示是表示粒子性粒子性的物理量的物理量 是表示是表示波動(dòng)性波動(dòng)性的物理量的物理量此公式將二者完美地結(jié)合起來(lái)！此公式將二者完美地結(jié)合起來(lái)！【例例】利用德布羅意關(guān)系式計(jì)算利用德布羅意關(guān)系式計(jì)算 （1 1）質(zhì)量為）質(zhì)量為9.19.1 1010-31-31 kg kg，速度為速度為6.06.0 10106 6 m/s m/s的電子，其波長(zhǎng)為多少？的電子，其波長(zhǎng)為多少？（2 2）質(zhì)量為）質(zhì)量為1.01.0 1010-2-2 kg kg，速度為速度為1.01.0 10103 3 m/s m/s的子彈，其波長(zhǎng)為多少？的子彈，其波長(zhǎng)為多少？【說(shuō)明什么？說(shuō)明什么？】粒子越小，波長(zhǎng)越大，即波粒二象性越明顯粒子越小，波長(zhǎng)越大，即波粒二象性越明顯。反之，。反之，宏觀物體質(zhì)量大，波長(zhǎng)很小，波動(dòng)性不明顯，通常情況宏觀物體質(zhì)量大，波長(zhǎng)很小，波動(dòng)性不明顯，通常情況下可忽略，可用經(jīng)典力學(xué)討論其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。而下可忽略，可用經(jīng)典力學(xué)討論其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。而微觀粒子微觀粒子則需要用量子力學(xué)來(lái)處理則需要用量子力學(xué)來(lái)處理。1.1.6 海海森保的測(cè)不準(zhǔn)原理森保的測(cè)不準(zhǔn)原理 對(duì)宏觀物體（如飛機(jī)），根據(jù)經(jīng)典力學(xué)可以對(duì)宏觀物體（如飛機(jī)），根據(jù)經(jīng)典力學(xué)可以準(zhǔn)確地指出它在某一瞬間的速度和位置。準(zhǔn)確地指出它在某一瞬間的速度和位置。那那么么，對(duì)對(duì)具具有有波波粒粒二二象象性性的的電電子子，能能否否也也像像經(jīng)經(jīng)典典力力學(xué)學(xué)確確定定宏宏觀觀物物體體運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)狀狀態(tài)態(tài)一一樣樣，同同時(shí)時(shí)用用位位置置、速度速度來(lái)準(zhǔn)確描述其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)呢？來(lái)準(zhǔn)確描述其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)呢？1927年，德國(guó)物理學(xué)家海森堡指出：年，德國(guó)物理學(xué)家海森堡指出：具有波粒二象性的微觀粒子，具有波粒二象性的微觀粒子，不可能同時(shí)準(zhǔn)不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定其速度和位置。確測(cè)定其速度和位置。h：普朗克常數(shù)（普朗克常數(shù)（6.626 10-3 4 Js），），x 表示表示位置的測(cè)不準(zhǔn)量；位置的測(cè)不準(zhǔn)量；P 表示表示動(dòng)量的測(cè)不準(zhǔn)量。動(dòng)量的測(cè)不準(zhǔn)量?！颈砻鞅砻鳌咳暨\(yùn)動(dòng)微粒的位置測(cè)得越準(zhǔn)確，其若運(yùn)動(dòng)微粒的位置測(cè)得越準(zhǔn)確，其速度測(cè)得就越不準(zhǔn)確，反之亦然。速度測(cè)得就越不準(zhǔn)確，反之亦然。測(cè)不準(zhǔn)原理到底說(shuō)明什么呢？測(cè)不準(zhǔn)原理到底說(shuō)明什么呢？核外電子不可能沿著一條玻爾理論所指的固定核外電子不可能沿著一條玻爾理論所指的固定軌道運(yùn)動(dòng)。軌道運(yùn)動(dòng)。因此，核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只能用因此，核外電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，只能用統(tǒng)計(jì)的方統(tǒng)計(jì)的方法法，指出它在核外某處出現(xiàn)的可能性，即，指出它在核外某處出現(xiàn)的可能性，即概率概率的的大小。大小。測(cè)不準(zhǔn)原理是不是意味著微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)測(cè)不準(zhǔn)原理是不是意味著微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律律“不可知不可知”呢？呢？【請(qǐng)判斷請(qǐng)判斷】此觀點(diǎn)極為錯(cuò)誤。測(cè)不準(zhǔn)原理反映了微觀粒子此觀點(diǎn)極為錯(cuò)誤。測(cè)不準(zhǔn)原理反映了微觀粒子具有具有波動(dòng)性波動(dòng)性，表明微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，表明微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不服從不服從宏觀物體運(yùn)動(dòng)規(guī)宏觀物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律所總結(jié)出來(lái)的經(jīng)典力學(xué)而已。律所總結(jié)出來(lái)的經(jīng)典力學(xué)而已。【總之總之】電子是微觀粒子，有特征：電子是微觀粒子，有特征：量子化量子化、波粒二象性波粒二象性、測(cè)不準(zhǔn)位置與速度測(cè)不準(zhǔn)位置與速度。因此，不能用經(jīng)典力學(xué)或舊量子論來(lái)解釋原子結(jié)構(gòu)因此，不能用經(jīng)典力學(xué)或舊量子論來(lái)解釋原子結(jié)構(gòu)規(guī)律，而要用近代量子力學(xué)理論規(guī)律，而要用近代量子力學(xué)理論薛定諤方程描述薛定諤方程描述。重要重要 1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤年，奧地利物理學(xué)家薛定諤，提出了描述提出了描述微觀粒子微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方程式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方程式（二階偏微分方程），稱為（二階偏微分方程），稱為薛定諤方程薛定諤方程 E是總能量；是總能量；V是勢(shì)能，表示原子核對(duì)電子的是勢(shì)能，表示原子核對(duì)電子的吸引能；吸引能；m是電子的質(zhì)量，是電子的質(zhì)量，h是是普郎克常數(shù)，普郎克常數(shù)，是是波函數(shù)波函數(shù)。1.1.7 核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的近代描述核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的近代描述重點(diǎn)重點(diǎn)難點(diǎn)難點(diǎn)波函數(shù)（波函數(shù)（）是薛定諤方程的解是薛定諤方程的解。1、波函數(shù)（、波函數(shù)（）是三維空間坐標(biāo)（是三維空間坐標(biāo)（x,y,z）的函數(shù)，的函數(shù)，同時(shí)由同時(shí)由3 3個(gè)個(gè)量子數(shù)量子數(shù)n n，l l，m m所規(guī)定所規(guī)定，一般寫成，一般寫成 n,l,m（x,y,z）的形式的形式。一、原子軌道、波函數(shù)一、原子軌道、波函數(shù)【的物理意義的物理意義】描述核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)式。描述核外電子空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)式。需要注意的是：需要注意的是：要使所得的解有特定的物理意義，要使所得的解有特定的物理意義，中的中的n,l,m三個(gè)量子數(shù)必須符合一定的條件。三個(gè)量子數(shù)必須符合一定的條件。因此，因此，一個(gè)波函數(shù)就代表電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一個(gè)波函數(shù)就代表電子的一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。重要重要2 2、原子軌道原子軌道 量子力學(xué)中，把原子體系的量子力學(xué)中，把原子體系的每一個(gè)波函數(shù)稱為每一個(gè)波函數(shù)稱為一條原子軌道一條原子軌道。or：原子軌道指一組由三個(gè)量子數(shù)（原子軌道指一組由三個(gè)量子數(shù)（n，l，m）所確定的一個(gè)所確定的一個(gè)波函數(shù)波函數(shù) n,l,mn,l,m（x,y,zx,y,z）。如如n=2，l=0，m=0時(shí)所描述的波函數(shù)時(shí)所描述的波函數(shù) 2,0,0稱為稱為2s原子軌道原子軌道因而，因而，波函數(shù)波函數(shù)與與原子軌道原子軌道同義同義，常混用。，?；煊?。波函數(shù)波函數(shù) n,l,m（x,y,z）的的球坐標(biāo)球坐標(biāo)表達(dá)形式表達(dá)形式x=r sin cos y=y sin sin z=r cos =0180 (z)=0360 (xy)掌握掌握r,的含義（與的含義（與x,y,z軸的關(guān)系）軸的關(guān)系）波函數(shù)（原子軌道）的理解波函數(shù)（原子軌道）的理解 n,l,mn,l,m(r,(r,)=)=R Rn,ln,l(r(r)Y Yl,ml,m(,)徑向部分，叫徑向部分，叫徑向波函徑向波函數(shù)數(shù)，只隨電子離核的距，只隨電子離核的距離離(r)(r)變化，決定變化，決定位置位置角度部分，叫角度部分，叫角度波角度波函數(shù)函數(shù)，它隨角度，它隨角度(,)變化，決定變化，決定形形狀狀原子軌道的角度分布圖像形狀形狀角度分布圖像角度分布圖像0.472+-yz15原子軌道的原子軌道的角度分布角度分布Y Yl,ml,m(,)形狀與取向形狀與取向s軌道軌道球形p軌道軌道紡錘形d軌道軌道花瓣形二、概率密度、電子云二、概率密度、電子云 核外電子無(wú)固定的運(yùn)動(dòng)軌跡，只能用統(tǒng)計(jì)的規(guī)律核外電子無(wú)固定的運(yùn)動(dòng)軌跡，只能用統(tǒng)計(jì)的規(guī)律來(lái)描述其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。來(lái)描述其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。把電子在核外空間某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少，把電子在核外空間某一區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少，稱為稱為概率概率。把電子在核外空間把電子在核外空間某處某處單位體積內(nèi)單位體積內(nèi)出現(xiàn)的概率叫出現(xiàn)的概率叫概率密度概率密度。1 1、概率密度、概率密度 量子力學(xué)中，用波函數(shù)絕對(duì)值的平方（量子力學(xué)中，用波函數(shù)絕對(duì)值的平方（2）表示表示電子出現(xiàn)的電子出現(xiàn)的概率密度概率密度。因此，在空間某點(diǎn)因此，在空間某點(diǎn)(x,y,z)附近體積附近體積內(nèi)內(nèi)電子出現(xiàn)的概率電子出現(xiàn)的概率概率密度概率密度體積體積 電子出現(xiàn)的概率密度電子出現(xiàn)的概率體積電子云【原子軌道和電子云角度分布圖的比較原子軌道和電子云角度分布圖的比較】電子云電子云的角度分布圖要的角度分布圖要“瘦瘦”些，些，Y(,)1，則，則Y2(,)更?。桓?；原子軌道的角度分布圖有正、負(fù)之分原子軌道的角度分布圖有正、負(fù)之分（不是指（不是指帶正電或帶負(fù)電）帶正電或帶負(fù)電），而電子云的角度分布圖全部，而電子云的角度分布圖全部為正，為正，Y(Y(,)平方后總為正值。平方后總為正值。原子軌道的角度分布：原子軌道的角度分布：Y(,)電子云的角度分布：電子云的角度分布：Y2(,)原子軌道和電子云，原子軌道和電子云，形狀類似、形狀類似、取向相同取向相同；s軌道和p軌道的Y 圖像和Y2 圖像電子云的電子云的徑向分布徑向分布反映了電子在反映了電子在三維空間三維空間中出現(xiàn)的中出現(xiàn)的概率密度概率密度隨隨半徑（半徑（r r）變化的情變化的情況況，即原子軌道到原子核的距離。即原子軌道到原子核的距離。2 2、原子軌道的、原子軌道的徑向分布徑向分布與原子核的距離與原子核的距離1s電子云圖電子云圖2s電子云的徑向分布中峰值的個(gè)數(shù)符合電子云的徑向分布中峰值的個(gè)數(shù)符合 (n-l)規(guī)律規(guī)律2p3p波函數(shù)：波函數(shù)：概率密度的平方根概率概率藍(lán)色越深，電子出現(xiàn)藍(lán)色越深，電子出現(xiàn)的的概率密度概率密度越大越大3 3、電子云的輪廓圖（綜合形狀與位置）、電子云的輪廓圖（綜合形狀與位置）電子云的輪廓圖（立體圖）電子云的輪廓圖（立體圖）2pz 2px 2py3pz 1s 2s 3s解薛定諤方程得出一個(gè)波函數(shù)解薛定諤方程得出一個(gè)波函數(shù)，也得到一條，也得到一條原子軌道；原子軌道；三、三、四個(gè)量子數(shù)（重點(diǎn)）四個(gè)量子數(shù)（重點(diǎn)）【即即】當(dāng)當(dāng)三三個(gè)個(gè)量量子子數(shù)數(shù)(n,l,m)一一定定時(shí)時(shí)，就就確確定定了了一一個(gè)個(gè)波波函函數(shù)數(shù) 或或一一條條原原子子軌軌道道，也也就就確確定定了了核核外外電電子子的的一一種種空空間間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?！镜堑恰恳蛊浣庖蛊浣夂侠恚ǚ蠈?shí)驗(yàn)結(jié)果）合理（符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果），需要指定，需要指定三個(gè)量子數(shù)三個(gè)量子數(shù)n，l，m為一定值：為一定值：(1,0,0);(2,0,0);【后后來(lái)來(lái)】原原子子光光譜譜的的精精細(xì)細(xì)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)表表明明核核外外電電子子除除空空間間運(yùn)運(yùn)動(dòng)之外還有一種動(dòng)之外還有一種“自旋運(yùn)動(dòng)自旋運(yùn)動(dòng)”，用自旋量子數(shù)，用自旋量子數(shù)ms表示。表示。n n，l l，m m，m mS S 稱為四個(gè)量子數(shù)稱為四個(gè)量子數(shù)1、主量子數(shù)主量子數(shù) n【意義意義】描述電子出現(xiàn)描述電子出現(xiàn)概率最大的區(qū)域概率最大的區(qū)域離核的離核的距離距離（即第幾層電子層）（即第幾層電子層），是決定電子能量高低的，是決定電子能量高低的主要因素主要因素?！緉的取值及符號(hào)的取值及符號(hào)】1，2，3，4 n 正整數(shù)正整數(shù)光譜學(xué)上用光譜學(xué)上用 K，L，M，N 表示表示分別稱為第一、第二、第三分別稱為第一、第二、第三.等等 第第n n電子層電子層軌道軌道n n 越小，電子離核越近，能量越低；越小，電子離核越近，能量越低；n n 越大，電子離核越遠(yuǎn)，能量越高；越大，電子離核越遠(yuǎn)，能量越高；因此，主量子數(shù)（因此，主量子數(shù)（n n）的大小反映電子能量的高低，的大小反映電子能量的高低，是決定電子能量的是決定電子能量的主要因素，主要因素，但不是唯一因素。但不是唯一因素。2、角量子數(shù)、角量子數(shù) l【意義意義】決定電子空間運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量決定電子空間運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量;決定決定原子軌道（或電子云）的形狀形狀，即，即l表示表示亞層亞層 在多電子原子中與在多電子原子中與n共同決定電子能量的高低共同決定電子能量的高低;亞層：亞層：同層中同層中(n 相同相同)不同形狀的軌道稱為不同形狀的軌道稱為亞層亞層，也叫分層，也叫分層?！緇的取值及符號(hào)的取值及符號(hào)】受主量子數(shù)受主量子數(shù) n 的限制；的限制；用用 s，p，d，f，g 表示表示。l:0，1，2，3，4 (n-1)，共共 n 個(gè)取值。個(gè)取值。球形球形紡錘形紡錘形花瓣形花瓣形復(fù)雜形復(fù)雜形l=0 表示表示 s 軌道，形狀為球形，即軌道，形狀為球形，即 3s 軌道；軌道；zxsl=1表示表示 p 軌道，形狀為啞鈴形，軌道，形狀為啞鈴形，3p 軌道軌道;l=2 表示表示 d 軌道，形狀為花瓣形，軌道，形狀為花瓣形，3d 軌道軌道;在第三層上，共有在第三層上，共有 3 種不同形狀的軌道（亞層）。種不同形狀的軌道（亞層）。當(dāng)當(dāng)n=3時(shí)時(shí) l值可有值可有0，1，2；表示第三電子層有三個(gè)亞層，；表示第三電子層有三個(gè)亞層，第第n n層有多少個(gè)亞層？（每個(gè)電子層的亞層數(shù)層有多少個(gè)亞層？（每個(gè)電子層的亞層數(shù)是有限制的）是有限制的）有有n n個(gè)個(gè)電子亞層，分別為電子亞層，分別為0,1,2,n-1；如如n=4，l 可取可取0，1，2，3，分別表示，分別表示4s、4p、4d，4f 亞層；亞層；【因此因此】l 標(biāo)志電子亞層標(biāo)志電子亞層3、磁量子數(shù)、磁量子數(shù) m【m的物理意義的物理意義】同一亞層（同一亞層（l相同）的幾條軌道對(duì)原子核的取向不同。相同）的幾條軌道對(duì)原子核的取向不同。磁磁量量子子數(shù)數(shù)m用用來(lái)來(lái)描描述述原原子子軌軌道道或或電電子子云云在在空空間間的的伸展方向伸展方向。每一個(gè)每一個(gè) m 的取值，對(duì)應(yīng)一種空間取向。的取值，對(duì)應(yīng)一種空間取向。m=0m=1【取值及符號(hào)取值及符號(hào)】磁量子數(shù)磁量子數(shù) m m 的的 取值受角量子數(shù)取值受角量子數(shù) l 的限制的限制 ；對(duì)于給定的對(duì)于給定的 l，m m 可?。嚎扇。? 0，1 1，2 2，3 3，l ，共共 2 2l+1+1 個(gè)值個(gè)值。這些取值意味著？這些取值意味著？在角量子數(shù)為在角量子數(shù)為l l的亞層有的亞層有2 2l+1+1個(gè)取向，而每一個(gè)個(gè)取向，而每一個(gè)取向相當(dāng)于一條取向相當(dāng)于一條“原子軌道原子軌道”。s軌道：軌道：l=0,m=0,因此，只有一種空間取向，所以因此，只有一種空間取向，所以s軌道為球形。軌道為球形。zxsp軌道：軌道：l=1,m=0,+1,-1,在空間有三種取向；在空間有三種取向；d軌道：軌道：l=2,m=0,+2,+1,-1,-2,在空間有五種取向；在空間有五種取向；4、自旋量子數(shù)自旋量子數(shù) ms 用高分辨率光譜儀研究原子光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)：在無(wú)外磁場(chǎng)作用用高分辨率光譜儀研究原子光譜時(shí)發(fā)現(xiàn)：在無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)每條譜線實(shí)際上由時(shí)每條譜線實(shí)際上由兩條十分接近兩條十分接近的譜線組成。的譜線組成。為了解釋這種現(xiàn)象提出了為了解釋這種現(xiàn)象提出了電子有自旋運(yùn)動(dòng)電子有自旋運(yùn)動(dòng)的假設(shè)，并的假設(shè)，并提出了自旋量子數(shù)，用提出了自旋量子數(shù)，用ms表示。表示。因此，因此，電子既圍繞原子核旋轉(zhuǎn)電子既圍繞原子核旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也自身旋轉(zhuǎn)。運(yùn)動(dòng)，也自身旋轉(zhuǎn)。m s 的取值只有兩個(gè)：的取值只有兩個(gè)：+1/2 和和 -1/2；即電子的自旋方式只有兩種，通常用即電子的自旋方式只有兩種，通常用 “”和和 “”表示。表示?！咀⒁庾⒁狻恐付ㄈ齻€(gè)量子數(shù)指定三個(gè)量子數(shù)n，l，m，就解出一個(gè)波函數(shù)就解出一個(gè)波函數(shù)，得到一條，得到一條原子軌道，因此，可用原子軌道，因此，可用三個(gè)量子數(shù)三個(gè)量子數(shù)n，l，m描述一條描述一條原子軌道原子軌道；3,0,0,3s軌道；軌道；3,1,13p軌道中的軌道中的一條一條 描述描述一個(gè)一個(gè)電子電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需要，需要四個(gè)量子數(shù)四個(gè)量子數(shù)n，l，m，mS；（3,1,0,+1/2）表示在）表示在3p軌道上軌道上“正旋正旋”的一個(gè)電子。的一個(gè)電子?！舅膫€(gè)量子數(shù)總結(jié)四個(gè)量子數(shù)總結(jié)】解薛定諤方程可能得到多個(gè)解（解薛定諤方程可能得到多個(gè)解（），要使解有意義，還取，要使解有意義，還取決于決于n,l,m三個(gè)量子數(shù)。三個(gè)量子數(shù)。第第2 2節(jié)節(jié) 核外電子排布和元素周期律核外電子排布和元素周期律電子在核