第七章统计热力学基础 物理化学电子教案 微观粒子运动形式分为平动、转动、振动、 电子运动和核运动,设各种运动形式是相互独立 的,则粒子总能量是各种运动形式的简单加和 即:E=E,+B+E+E+En 其中电子运动和核运动的能值与各种分子的 特性有关,只有数值解没有一定的解析式下面给 出量子力学对分子平动、转动和振动处理得到的 能级表达式
第七章 统计热力学基础 物理化学电子教案 微观粒子运动形式分为平动、转动、振动、 电子运动和核运动, 设各种运动形式是相互独立 的, 则粒子总能量是各种运动形式的简单加和. 其中电子运动和核运动的能值与各种分子的 特性有关, 只有数值解,没有一定的解析式,下面给 出量子力学对分子平动、转动和振动处理得到的 能级表达式. t r v e n 即: = + + + +
第七章统计热力学基础 物理化学电子教案 (1)三维平动子的平动能 设粒子质量m在长方体xbxc)的势箱中进 行平动运动势能为零;其 Schordonger方程为 8丌2m VU,+ =0 h 2 解此方程得:E 十十 8 b 2 nxn、n2分别为在x、y、z方向上平动量 子数,若为立方体时 h 2 +n+n amy
第七章 统计热力学基础 物理化学电子教案 (1) 三维平动子的平动能 设粒子质量m,在长方体(a×b×c)的势箱中进 行平动运动,势能为零; 其Schordonger方程为: 0 8 2 2 2 t + t t = h m 解此方程得: = + + 2 2 2 2 2 2 2 8 c n b n a n m h x y z t nx、ny、nz = 1, 2, …, ∞ nx、ny、nz 分别为在 x 、y 、z 方向上平动量 子数, 若为立方体时 ( ) 2 2 2 2 3 2 8 t nx ny nz mV h = + +
第七章统计热力学基础 物理化学电子教案 可见平动能级是量子化的,其值不能任意取, 由量子数n,n,n决定其基态对应着nx=n=n2 =1的状态,能量为3 amy 2/3 平动能级是多变的,e为一定值时,nx2n,n2有 不同的取值,对应着不同的量子态,如 h E.=6 n2+n+n.=6 8mV23’x 取值:n,121,是三重简并的
第七章 统计热力学基础 物理化学电子教案 可见平动能级是量子化的, 其值不能任意取, 由量子数 nx , ny , nz决定, 其基态对应着 nx= ny= nz = 1的状态, 能量为 2 3 2 8 3 mV h 平动能级是多变的, 为一定值时, nx , ny , nz有 不同的取值, 对应着不同的量子态, 如 t 6 8 6 2 2 2 2 3 2 t = nx + ny + nz = mV h , 取 值: ,是三重简并的. 2 1 1 1 2 1 1 1 2 z y x n n n
第七章统计热力学基础 物理化学电子教案 (2)刚性转子的转动能 假设分子中两原子的距离为,原子的质量各 为m和m2,折合质量=mm(m+m);转动惯量 I= ur 2,其 Schrodinger方程为: 8丌2 Vv.+ V=0 解得转动能量为: J(J+lh J=0. 8丌2I 199 转动基态:J=0,E,o=0;量子数的转动能级 简并度为gr=2J+1
第七章 统计热力学基础 物理化学电子教案 (2) 刚性转子的转动能 假设分子中两原子的距离为r, 原子的质量各 为m1和m2 , 折合质量 ; 转动惯量 I , 其Schrodinger方程为: /( ) = m1 m2 m1 + m2 2 = r 0 8 2 2 2 r + r r = h 解得转动能量为: I J J h r 2 2 8 1 ( + ) = J = 0, 1, 2, …, ∞ 转动基态: J = 0, ; r,0 = 0 量子数的转动能级 简并度为 gr = 2J + 1
第七章统计热力学基础 物理化学电子教案 (3)一维谐振子的振动能 双原子分子中原子沿化学键方向在平衡位置 附近振动其振动运动的 Schordonger方程为: d 8 十 dx h (E、-2xp)y、=0 解得振动能量为: +vhv=0,1,2,…,∞ 2 振动能级是非简并的g1;基态能量60=h 称为零点振动能
第七章 统计热力学基础 物理化学电子教案 (3) 一维谐振子的振动能 双原子分子中原子沿化学键方向在平衡位置 附近振动, 其振动运动的Schordonger方程为: ( 2 ) 0 8 d d v 2 2 2 2 v 2 2 v 2 + − = v x x h 解得振动能量为: v hv v = + 2 1 v = 0, 1, 2, …, ∞ hv v 2 1 振动能级是非简并的g ,0 = v=1; 基态能量 称为零点振动能