北京大学：《结晶学与矿物学》课程PPT教学课件（电子教案，晶体学部分）09 晶体化学基础

第9章晶体化学基础

第9章 晶体化学基础

主要内容 原子结构和周期表 原子和离子半径 密堆积原理 配位数和配位多面体 a化学键和晶格类型

主要内容 ❑ 原子结构和周期表 ❑ 原子和离子半径 ❑ 密堆积原理 ❑ 配位数和配位多面体 ❑ 化学键和晶格类型

原子结构 原子是由运动着的粒子组成的复杂的微观体系 a它由带正电的原子核和绕核运动的带负电的电 子(e)组成 口原子核=质子(P)+中子(n) 粒子符号质量(克) 电荷量(静电单位) 质子 1.673×1024 +4.803×10-10 中子 1.675×1024 电子 9.109×1028 4.803×1010

原子结构 ❑ 原子是由运动着的粒子组成的复杂的微观体系 ❑ 它由带正电的原子核和绕核运动的带负电的电 子(e)组成 ❑ 原子核＝质子(p) ＋中子(n) 粒子 符号 质量(克) 电荷量(静电单位) 质子 p 1.673×10-24 + 4.803×10-10 中子 n 1.675×10-24 0 电子 e 9.109×10-28 - 4.803×10-10

Bohr(1913)原子模型 根据Bohr模型和牛顿运动学定律,电子总能量为 2I2nmZ E 0 h Z原子序数 n量子数(整数) m质量 电子运动的椭圆形轨道??

Bohr (1913) 原子模型 根据Bohr模型和牛顿运动学定律, 电子总能量为: •Z 原子序数 •n 量子数 (整数) •m 质量 •电子运动的椭圆形轨道 ?? 2 2 2 2 4 2 n h mZ e E  = −

Bohr(1913)原子模型 0实物粒子运动所表现粒子性与波动性? 电子的粒子性与波动性 v hλ 0以一定速度运动的电子,不服从牛顿力学 a利用量子力学一薛定谔( Schroedinger)方程描述波动性

Bohr (1913) 原子模型 实物粒子运动所表现粒子性与波动性? 电子的粒子性与波动性 以一定速度运动的电子，不服从牛顿力学 利用量子力学－薛定谔(Schroedinger)方程描述波动性  h mv =

电子运动的波动性 0量子力学的假设运动的电子可用一个坐标函数(xy,z) 即波函数来描述。此波函数没有明显的物理意义,但波 函数的平方NP(xy,D)则表示在某坐标处单位体积内找 到粒子的几率,即电子在空间分布的几率密度与之成正 比 0运动的电子,其波函数服从 Schroedinger方程 a2y ay yxh(E-V)y=0 m x,y,z为坐标,m为电子质量,E为体系的总能量,V为电子的势能

电子运动的波动性 量子力学的假设运动的电子可用一个坐标函数Ψ(x,y,z), 即波函数来描述。此波函数没有明显的物理意义, 但波 函数的平方|Ψ(x,y,z,t)|2则表示在某坐标处单位体积内找 到粒子的几率, 即电子在空间分布的几率密度与之成正 比 运动的电子，其波函数服从Schroedinger方程 x, y, z为坐标, m为电子质量, E为体系的总能量, V为电子的势能 ( ) 0 8 2 2 2 2 2 2 2 2 + − =   +   +        E V h m x y z

量子数和轨道 0主量子数n(=1,2,3,…) g决定体系能量,也表示电子运动时所占据的有效体积。通常用大写 字母K、L、M、N等主层符号来表示其轨道 0角量子数l(=0,1,2…,(m-1) 0决定体系的角动量和电子云形状,同时也标志着轨道的分层数(亚 层轨道),一般用小写字母s、p、d、等来表示 a磁量子数m(=0,±1,±2,±3,…,±D g决定电子云的方向和轨道角动量在磁场方向的分量 0自旋量子数s(=±12)它主量子数n(=1,2,3,) 0标志着电子的自旋方向相反的运动状态

量子数和轨道 主量子数 n (= 1, 2, 3, …) 决定体系能量，也表示电子运动时所占据的有效体积。通常用大写 字母K、L、M、N等主层符号来表示其轨道 角量子数 l (= 0, 1, 2…, (n-1)) 决定体系的角动量和电子云形状，同时也标志着轨道的分层数(亚 层轨道)，一般用小写字母s、p、d、f等来表示 磁量子数 m (= 0,  l,  2,  3, ...,  l) 决定电子云的方向和轨道角动量在磁场方向的分量 自旋量子数 s (=  1/2) 它主量子数 n (= 1, 2, 3, …) 标志着电子的自旋方向相反的运动状态

原子能级 0原子能级 能级主要取决于主量子数 0如果主量子数相同,则轨道能级决定于角量子数l 当n=3以后,由于屏蔽效应,使得能量次序有颠倒的现象 核外电子在各个轨道排布遵循的规则 能量最低原理 0保利( Pouli)不相容原理 洪德(Hund)规则

原子能级 原子能级 能级主要取决于主量子数n 如果主量子数相同, 则轨道能级决定于角量子数l 当n = 3以后，由于屏蔽效应，使得能量次序有颠倒的现象 核外电子在各个轨道排布遵循的规则 能量最低原理 保利(Pouli)不相容原理 洪德(Hund)规则

原子能级 主层 电子数亚层 最内层 K (n=1) 2e s L (n=2) &e s, p M(n=3) 18e s, p, d 外层 N (n=4) 32e S,p, d,f (generally higher E)

原子能级 主层 电子数 亚层 最内层 K (n = 1) 2e s L (n = 2) 8e s, p M (n = 3) 18e s, p, d 外 层 N (n = 4) 32e s, p, d, f (generally higher E)

原子能级 量子化的能级 f d d-3二 f-d p d—p 注:能级并非一定 按K→L→>M→N 顺序增加 如4s<3d n=IK 2L 3M 4N 50 6P 7Q

原子能级 量子化的能级 相对能量 n = 1 K 2 L 3 M 4 N 5 O 6 P 7 Q s s s s s s s p p p p p p d d d d d f f f 注：能级并非一定 按 K → L → M → N 顺序增加 如 4s < 3d