原子的结构和性质 联系客服

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●汞导电性差,电导为10.4kS/m;金是良导体,电导426 kS/m ● 汞可存在Hg22+离子和Au 2是等电子体 4、金属的熔点

第六周期过渡金属及同周期的碱金属和碱土金属的熔点从Cs起随着原子序数增加,熔点稳定上升,到W达极大,从W起随原子序数增加,熔点逐步下降,到Hg为最低。

6s轨道收缩,能级降低,与5d轨道一起共同组成6个价轨道;这6个价轨道和周围配位的相同原子的价轨道产生相互叠加作用,每个原子形成3个成键轨道和3个反键轨道(金属中这些轨道进一步叠加形成能带),电子按能量由低到高顺序填在这些轨道上。价电子数少于6个时,电子填入成键轨道。随着电子数的增加,能量降低增多,结合力加强,熔点稳定地逐步上升。当价电子数为6个时能级低的成键轨道占满,而能级高的反键轨道全空,这时结合力最强,熔点最高。多于6个电子时,电子填在反镇轨道上,结合力随着电子数的增加逐步减弱,相应地熔点随着电子数增加逐步稳定下降,直至Hg,价电子将成键轨道和反键轨道全部填满,原子间没有成键效应,与稀有气体相似,熔点最低。

2.6 原子光谱

2.6.1、原子光谱 1、基态,激发态

在无外来作用时,原子中各个电子都尽可能处于最低能级,从而使整个原于的能量最低,原子的这种状态称为基态。当原子受到外来作用(例如光照或快速电子的冲击)时,它的一个或几个电子吸收能量后跃迁到较高能级,从而使原子处于能量较高的新状态,此状态称作激发态。原于由基态跃迁到激发态的过程称为激发。激发态是一种寿命根短的不稳定状态,原子随即跃迁回基态,这一过程叫做退激。 2、原子光谱

原子从某一激发态跃迁回基态,发射出具有一定波长的一条光线,而从其他可能的激发态跃迁回基态以及在某些激发态之间的跃迁都可发射出具有不同波长的光线,这些光线形成一个系列(谱),称为原子发射光谱。另一方面,将一束白光通过某一物质,若该物质中的原子吸收其中某些波长的光而发生跃迁,则白光通过物质后将出现一系列暗线,如此产生的光谱称为原子吸收光谱。

原子的光谱是原子结构的反映,不同元素的原子,结构不同,能级不同,因而其光谱的性质(成分和强度)也不相同。光谱和结构之间存在着一一对应的内在联系。

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3、角动量守恒原理:

微观状态原子能量、角动量等物理量以及其中电子间静电相互作用,轨道及自旋相互作用,以及在外磁场存在下原子所表现的性质等,原子光谱从实验上研究了这些问题。

在没有外界的影响下,一个微粒的运动或包含若干微粒运动的体系,其总角动量是保持不变的。

原子内只有一个电子时,虽可粗略地认为它的轨道角动量和自旋角动量彼此独立,又都保持不变。但严格说,这两个运动产生的磁距间会有磁的相互作用,不过它们的总角动量却始终保持恒定。

多电子原子体系,由于静电作用,各电子的轨道运动势必发生相互影响,因而个别电子角动量就不确定,但所有电子的轨道运动总角动量保持不变。同样个别电子的自旋角动量也不确定,但总有一个总的确定的自旋角动量。这两个运动的总角动量也会进一步发生组合,成为一个恒定的总角动量,且在某一方向上有恒定的分量。

2.6.2、电子的状态和原子的能态 一、单电子运动状态的描述

描述原子中个别电子的运动状态用n、l、m、mS(或自旋量子数s)这四个量子数。在n、l、m、mS、s中,n、l、s与磁场无关,而m、ms与磁场有关,常用各电子的量子数n、l表示无磁场作用下的原子状态,称为组态;而把量子数m、ms也考虑进去的状态称为原子的微观状态,它是原子在磁场作用下的运动状态。

En=-13.595Z*2/n2 |M|=[l(l+1)]0.5h/2π Mz=m h/2π

|Ms|=[s(s+1)]0.5h/2π Msz=msh/2π

原子整体的状态,取决于核外所有电子的轨道和自旋状态,原子中各电子间存在着相互作用、轨道运动和自旋运动的相互作用,原子状态不是所有电子运动状态的简单加和。原子的能级与原子的整体运动状态有关。

例:碳原子基态: 电子层结构1s22s22p2原子的组态(Configuration) 1s22s2构成了闭壳层.

2p轨道上的两个电子,共有六种可能性 m=0,±1, ms =±1/2, ∴p2组态的微观状态数可能有C62=6*5/2=15种之多。 二、整个原子运动状态的描述

每个电子都有轨道角动量和自旋角动量,而原子的总角动量等于这些电子的轨道角动量和自旋角动量的矢量和。由几个角动量相互作用得到一个总的、确定的角

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动量的组合方式,称为角动量的耦合。

整个原子的运动状态应是各个电子所处的轨道状态和自旋状态的总和,用各个电子的运动状态的简单加合还不足以表达原子整体的运动状态,故不能和原子光谱实验观测到的数据直接联系,和原子光谱实验直接相联系的是原子的能态,它由一套原子的量子数L、S、J来描述,而原子在磁场中表现的微观能态又与原子的磁量子数mL、mS和mJ有关

这些量子数分别规定了原子的轨道角动量ML、自旋角动量MS和总角动量MJ,这些角动量在磁场方向上的分量则分别由量子数mL、mS和mJ规定: 1、总轨道角动量及在磁场方向上的分量 (1)总轨道角动量及在磁场方向上的分量

原子的轨道角动量ML由原子的总轨道角动量量子数L

ML在磁场方向上的分量由原子的总磁量子数mL

(2)总轨道角动量量子数L及总磁量子数mL

L mL=Σ(m)i

mL最大值即L的最大值,L称为原子的总轨道角动量量子数,L还可能有较小的值但必须相隔整数1,最小值不一定为0。L=0,1,2,3,4,?的能态用大写字母S,P,D,F,G,?表示。

一个L下可有0,±1,±2,···±L共2L+1个不同的mL(总轨道磁量子数)值,把各电子的轨道角动量加起来得到原子的总轨道角动量

(L=l1+l2, l1+l2-1, ...... , |l1-l2|)。 2、总自旋角动量及在磁场方向上的分量 (1)总自旋角动量及在磁场方向上的分量

原子的自旋角动量MS由原子的总自旋量子数S

MS在磁场方向上的分量由原子的总自旋磁量子数

(2)总自旋量子数S及总自旋磁量子数mS

S mS=Σ(ms)i

mS最大值即S的最大值,S称为总自旋量子数S,S还可能有较小的值但必须不断减1,S的最小值为0或1/2。,将(2S+1)的具体数值写在L的左上角,2S+1L即原子的光谱项,如1S,3P等。2S+1称做光谱项的多重性(自旋多重度),对S=1的状态,

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故称之为三重态或多重度为3;对S=0的状态称之为单重态或多重度为1。

一个S下可有S,S-1,S-2,···,-S共2S+1个不同的MS值,原子的总自旋角动量

原子的每一个光谱项都与一确定的原子能态相对应,而原子的能态可由原子的量子数表示。对原子的同一组态而言,L和S都相同,而ML 和MS不都相同的诸状态,若不计轨道相互作用,且在没有外界磁场作用下,都具有完全相同的能量 ,就把同一组态中,由同一个L和同一个S的构成的诸状态合称为一个光谱项,每一个光谱项相当于一个能级。

3、总角动量及在磁场方向上的分量 (1)总角动量及在磁场方向上的分量

原子的总角动量MJ由总量子数J

MJ在磁场方向上的分量由原子的总磁量子数mJ

(2)总量子数J及总磁量子数mJ

J:总角动量量子数有了L和S,即可求出J(J=L+S,L+S-1,?,|L-S|)。 每个J之下可有J,J-1,J-2,?,-J,共(2J+1)个mJ值,总角动量在z方向的分量共有(2J+1)个不同的数值,用它可以表示在外磁场作用下能级的分裂。

对于给定的J来说,又可沿磁场方向(z方向)有(2J+1)个不同取向(既mJ的取值有2J+1个),当外磁场存在时,原属同一光谱项又可发生分裂,得到2J+1个状态能级。在光谱项的右下角写出J的具体数值,便可得到相应的光谱支项2S+1LJ,如1S0,3P2等。

轨道—自旋相互作用使不同的J对应的能级会有微小的区别,每个光谱项分裂为(2S+1)或(2L+1)个。

2.6.3、单电子原子的光谱项和原子光谱 1、氢原子光谱项的推引

单电子原子L=l, S=1/2, 总角动量是轨道角动量和自旋角动量的矢量和。

氢原子核外只有一个电子,该电子的轨道角动量和自旋角动量的矢量和就是该原子的总角动量。

氢原子基态为(1s)1 ,L=0,S=1/2, J=1/2(mJ=±1/2) 光谱项为2 S,光谱支项为2 S1/2 如当其组态为(2p)1时,电子的轨道角动量和自旋角动员相互耦合,通过m和ms数值的加和关系求出mJ的数值,进而得到J。l=1,m=1,0,-1;S=1/2,ms=1/2,-1/2

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