结构化学02-04结构化学.ppt

定义光谱实验:谱线由电子在两个能级间跃迁产生,谱线对应光波的能量就是能级间的能量差。目的:表示出原子所处量子态并应用于光谱实验中解读光谱实验数据使用的最重要的物理量——角动量1 运动电荷产生磁场,环形电流产生磁矩,电子的轨道运动和自旋都会产生磁矩,磁矩大小和方向由角动量确定。2 磁矩间有相互作用,也与外部磁场有相互作用,因此,所有的轨道运动和自旋会相互影响,也会受外加磁场影响,影响的结果由角动量体现。正是由于磁矩的影响,使能级发生分裂。2角动量的普遍性质:轨道角动量的角量子数只能取非负整数。1 只能准确知道其绝对大小(由角量子数决定)和一个方向的分量(由磁量子数决定),另外两个方向的分量不能与前一个分量同时确定。?)1(?JJ2 角量子数(不妨记为J)只能取非负整数或半整数,角动量的绝对大小为。?????JJJJ,)1(,,)1(,????3 z轴分量只能取如下这样的数值:如果某个量是角动量,那么3多个角动量的和是矢量和,如果各角动量间互相独立,那么它们的和仍然是角动量,满足角动量的普遍性质,比如,我们只能确定总角动量的大小及其一个方向的分量。例:求两个角量子数都为1的角动量的和。2 不确定之处:另两个方向的分量不能准确确定。1 确定之处:角动量大小及其在z轴方向的分量可以确定,分量大小必为0,±?中的一个。角动量的和:解:由角动量的性质可知:4记两者的和也就是总角动量为MJ。两个角动量的z轴分量可取为0,±?中的任一个。分几步推导:第一步:先找出总角动量的角量子数J的最大值。2 由于总角动量仍然是角动量,所以总角动量的磁量子数mJ最大就是2。1 z轴方向分量的和最大是2?。3 由角动量的性质,角动量的角量子数就是最大磁量子数,则J可以是2。mJ取0,±1,± 2。5第二步:确定其他可能的总角动量取值。在z轴上分量的和还可以取为±1?和0,提示两个角动量的取向可能不一致,那么总角动量的大小可以比第一步中确定的小。所以,在某些情况下,最大磁量子数可以是0或1,从而角量子数也可以取0或1。本题结果:两个角量子数为1的角动量的和有9种2,1,0;????JmJ1,0;???JmJ0;??JmJ6求多个角动量和的一般规则:如果有2个角动量,角量子数分别为l1和l2,那么总角动量的角量子数可以取:21212121,,2,1,llllllllJ????????对应于每一个J,总角动量的磁量子数可以取:JJJJJmJ,1,,2,1,????????如果还有第3个角动量,那么先将前两个角动量和的角量子数算出,再用上述办法算它和第三个角动量的和,余类推。7例:由以上规则,前面的例题很容易就得到解决。;;??????????llJllJllJ例:求三个角量子数都为1的角动量的和。0;11;2212121?????????????lllllllll解:先根据两个角动量的求和规则求两个的和:结果显示两个角动量的和产生三种不同大小的角动量,然后将它们分别和第三个角动量按照两个角动量求和规则求和:0,1,2,311,00,1,21,11,2,31,2333??????????????????????JJllJllJll8六个表征多电子原子各种角动量的量子数但是,对于原子来说,前面的关于角动量和的一般规则有限制——不能违背泡利不相容原理。轨道角动量的和:总轨道角动量总轨道角量子数L 总轨道磁量子数ML自旋角动量的和:总自旋角动量总自旋量子数S总自旋磁量子数MS轨道和自旋角动量的和:总角动量总角量子数J总磁量子数MJL?S?J?9例:求氮原子2p轨道三个电子的总轨道角动量。解:1,0;1,0;1,0;1321321?????????mmmlll第一步求出最大的L,按求和一般规则3?L错!如果L=3,那么最大总轨道磁量子数是3,这要求m1=m2=m3=1,电子的四个量子数中,主量子数都是2,角量子数都是1,磁量子数也都是1,而自旋磁量子数又只能取±1/2,必定有两个电子的四个量子数完全相同,违背泡利不相容原理。至多两个电子的轨道磁量子数可为1。所以最大总轨道磁量子数为2,最大的总轨道角量子数就为2。10