《基础化学 Fundamentals in Chemistry》课程教学课件（分子形状与结构 The Shapes and Structures of Molecules）Part I 原子、分子的电子结构与化学反应（The Electronic Structure of Atoms and Molecules and Chemical Reactions）Chapter 1 原子的电子结构（The Electronic Structure of Atoms）

思考题（作业1）：1氛和氩原子PES谱中电离能不同的谱峰均对应于不同能级原子轨道上电子的电离，请指出每一谱峰对应的正离子电子组态，并用示意图显示各电离峰的能量与对应的物质态的变化2）假设电子电离能近似地与其所处原子轨道能级能量的负值相当，请根据PES谱图画出氛和氩原子中电子的能级分布图；Nehard to2stens.ofevremove2p5040208808708603010Ar2p302stens.ofev1shundreds3200eV3sofev34025033032026024040302010

思考题（作业1）： 1）氖和氩原子PES谱中电离能不同的谱峰均对应于不同能级原子轨道上电子的电 离，请指出每一谱峰对应的正离子电子组态, 并用示意图显示各电离峰的能量与对 应的物质态的变化； 2）假设电子电离能近似地与其所处原子轨道能级能量的负值相当，请根据PES谱 图画出氖和氩原子中电子的能级分布图；

o1.2轨道（orbital）与量子数（quantumnumber）1.2.1电子能级与轨道(orbital)e (ev)I/BE(eV)PES显示，多电子原子中电子束缚能不同，分属0不同能级；-20S1O多电子原子中电子分别占据不同能量的轨道：2p0一个原子只有一个1s轨道；25 10-50·类似的，2s轨道也只有一个；·2p轨道有三个，能量相同：能量相同的轨道谓之简并(degenerate)轨道2，有五个能量相同（简并）的3d原子轨道（未呈现）；0-860一个原子轨道最多可以容纳两个电子。011-8701s8◆量子力学中使用量子数来定义和区分各原子轨道！Ne

1.2 轨道(orbital) 与量子数(quantum number) Ne  (eV) 1s 2s 2p I/BE (eV) 0 870 20 50 860 PES显示，多电子原子中电子束缚能不同，分属 不同能级；  多电子原子中电子分别占据不同能量的轨道: • 一个原子轨道最多可以容纳两个电子。 • 一个原子只有一个1s轨道； 1.2.1 电子能级与轨道(orbital) • 类似的，2s轨道也只有一个； • 2p轨道有三个，能量相同；能量相同的轨道 谓之简并(degenerate)轨道; • 有五个能量相同(简并)的3d原子轨道(未呈现)； 量子力学中使用量子数来定义和区分各原子轨道！

1.2.2量子数（Quantumnumber）如何区分&定义原子轨道？量子数取值范围物理意义主能级(n个，个)主量子数n1, 2, 3, ...·所在壳(能)层·所属亚层（轨道类角动量量子数！0,1,2, 3,4,.., n-1亚层能级，定义了轨道角动量大小(0≤l ≤n-1)++++型): s, p, d, f...s, p, d, f.g..磁量子数m0,±l..., ±轨道角动量方向·亚层中哪个AO？>n电子运动的能量量子化！>1m-电子运动的空间量子化！

1.2.2 量子数(Quantum number) • 所在壳(能)层 主量子数 n 角动量量子数 l (0 l  n-1) 磁量子数 ml 量子数 取值范围 1, 2, 3, . 0, 1, 2, 3,4,., n-1 0,1,.,  l 物理意义 主能级 (n，) 亚层能级，定义了轨道角动量大小 • 亚层中哪个AO？ 轨道角动量方向 s, p, d, f,g,. • 如何区分&定义原子轨道？ • 所属亚层(轨道类 型): s, p, d, f,.  n – 电子运动的能量量子化！  l,ml – 电子运动的空间量子化！

每个AO都由一组量子数(n,l,m）定义！各量子数的可及取值M321(0≤K≤ n-1)mi±2土1t(-I ≤m,≤I)AO5个3d1s2s3个2p3s3个3p21+1·单个亚层(D)的简并原子轨道数为N(AO), = Z(21 +1)= nn2·单个主量子层（n)的原子轨道数为/=0

各量子数的可及取值 • 单个主量子层(n)的原子轨道数为 ？. n l (0 l n-1) ml (-l  ml l) 1 2 3 4 . • 单个亚层(l)的简并原子轨道数为 ？ . 2 1 0 N(AO) (2l 1 n n l n      ) 2l+1. n 2 . AO 每个 AO都由一组量子数(n,l,ml )定义！ ? 0 0 1s 0 1 0 2s 0 1 3个2p 0 1 0 3s 0 1 2 0 1 2 3个3p 5个3d 0 1 2 3 K L M N

1.2.3电子运动角动量：轨道角动量和自旋角动量电子在某个原子轨道中（空间）运动具有的角动量，称为轨道角动量（失量）电子轨道角动量大小M=h/l(l+1）轨道轨道角动量：s（I=0）<p（I-1)<d（-2)<f（/=3)<g（I=4角动量轨道角动量方向与磁量子数m相关(-I ≤m,≤)电子还因自旋而具有内慕的自旋角动量（spinangularmomentum）：spin angular。其大小由自旋量子数s来定义，单个电子s=1/2。momentum其方向由自旋磁量子数m定义，与自旋角动量在z轴（或磁场方向）的（便于理解的假想经典图像！）分量相关，依惯例有m,=+1/2（t）和m,=-1/2（l)

1.2.3 电子运动角动量：轨道角动量和自旋角动量  电子在某个原子轨道中(空间)运动具有的角动量，称为轨道角动量(矢量)； • 电子轨道角动量大小 |M| = ℏ 𝑙(𝑙 + 1) • 轨道角动量: s (l=0) < p (l=1) < d (l=2) < f (l=3) < g (l=4) • 轨道角动量方向与磁量子数ml相关 (-l  ml l) 轨道 角动量 • 其大小由自旋量子数s来定义，单个电子 s = 1/2。 • 其方向由自旋磁量子数ms定义，与自旋角动量在z轴(或磁场方向)的 分量相关，依惯例有 ms = +1/2 (↑) 和 ms = 1/2 (↓)。  电子还因自旋而具有内禀的自旋角动量 (spin angular momentum): (便于理解的假想经典图像！)