Atomic structures

1
?????????????? 1

• Atomic structures

2
???????????????????????
????????? (Leucippus ca.450 BC) ??? ??????????
(Democritus ca. 470-380 BC) ???????????????????
???????????????????????????????????
??????????????????????????????????????????
???????? ????? (?????????? atomos ??????
????????? ???? ??????????)
A ??? , tomos ???????
3
???????????????????
????? ?????? (John Dalton 1766-1844)
???????????????? ???????????????????????????????
????
1. ???????????????????????????????????????????????
???? ?????
2. ???????????????????????????????????????
3. ?????????????????????????????????
???????????????? ??????????????????????????????
???? ?????????????????? ????????????????
4
?????????????????????????????????????
?????????????????? ???????????????????????????????
?????????????????????????????????? ???????????????
??????????
5
???????????????????
??????????????????
?????????? ????? ?????? (J.J. Thomson
1856-1940) ??????????????????????
6
?????????????????????????????????? (Cathode)
??????????????? (Anode) ??????????????
???????? ??????????? (?????????????????? ????
Cathode Ray) ?????????????????????
? ????????????????? ????????????????????????????
???
? ?????????? ??? ????????????????????????????
? ????????????? ??? ??????????
7
??????????????????????????????
?????????????????? ???????????????????
???????????? ?????????????????????????????????
????????????????????????? ???????????????????????
????????????? ???????????????????????????????????
???????????????????
8
???????? ???????? (R. Millikan 1868-1953)
???????????????????? ????????????????????????????
??????????????????? (??????????)
????????????????????????????????????????
9
? ?????????????????????????? 1.602 x 10-19 C
? ?????????????????????????????
e/m 1.75882 x 108 C/g m e / (1.75882 x 108
C/g) (1.602 x 10-19 C) / (1.75882 x 108
C/g) 9.109 x 10-31 kg
?????????? ??????????????????????
??????? 1.602 x 10-19 C ?????
9.109 x 10-31 kg
10
??????????????
??????????????????????????????
??????????????????? ??????????????????????????????
?
?????????? ?????????????????? (??????????????????
?????????) ??????????????????????????????
????????????????????????????????????????????
??????????????????? ?????????????????????????????
(A ? A e)
11
???????????????? Cathode ????????????????????????
???????? ??????????
? ???????????????????????????
? ?????????? ??? ??????????????????????
????????????????????????????????????????????
???????????????????????????????????????? ( 42He )
??????????????????????????? 1830
????????????????? ???????????????????????????
12
????????????????????????? ?????????
??????????????????????????
????????????????????????? ?????????? ???
?????? ???????????????????????????????????????????
? ??????????????????????????????????????
13
??????????????????????????
?? ???? ????????????? (1871-1937)
???????????????????????????? ?????????????????????
?? ( 42He2, ??????????????) ??????????????????
??????????????????????????
14
?????????????????????????????
? ?????????????????????
? ????????????????????????? ????????????????????
??????????? ?????????????????????????????????? ?
????????????????????? ???????????????????????????
??????? ??????????????
1. ??????????????? ????????????????????????????
2. ???????????????????????????????????????
???????? ?????????
15
3. ??????????????????????????????????????
4. ?????????????????????????????????????????????
(??????) ???????????
?????????????????????????????????????? ?????
?????????????????????????????????????????? ??????
????????????????
16
???????????????
????? ????? ?????? (Sir James Chadwick ?.?.
1932) ??????????????????????????????????
?????????????????????????? ???????? ???????
(Neutron)
????????????????????? ?????? ??????????
???????? ?????????????????????????????????????
??????
17
????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
????
?????.???????????????? ??????????????????????????
????? ?????????????????????? ????????????????????
???????????????????? ?????????????
??????????????????????????? ???????????
e ?????????????????
????????????????????????????????????????. ???????
?????? ??? Maxwell (??.????????)
18
?????????????????? (Maxwells theory)
???????????????????????????????????????????
(Emission) ????????????? ???????????? 2 ????
?????? ????????????? (Electric wave)
??????????????????? (magnetic wave)
???????????????????????????????????????????????
19
??????????????
? ????? (Wave) ???????????????????????????????????
??? ???????????????????? (Period)
? ????????????????????????????????????????????????
???????? ??????????????????

• ??????????????????????????? ?????????????
• 1. ???????????? (wavelength, ?)
  ??????????????????????????????????????????????
• 2. ???????????? (frequency, ?)
  ???????????????????????????????? 1 ??????
• 3. ????????????? (velocity, c)
  ??????????????????????????????? 1 ??????
• 4. ????????? (amplitude) ??????????????????????

20
?????????????????????????????????????????????????
????????? (c) 3.0 x 108 m/s
21
c ??
? ???????????? (nm) ? ??????? (Hz ???? s-1)
22

• ??.Maxwell ???????????????????
  ????????????????????????? ???????????????????
  ?????????????????????????
• ??????????????????????????????????????????????
• ????????????????????????????
• ? ?????????????? ???????????????????????????????

???????????????????????????? ????????????????????
????-???????????? (? ????)
????????????????? ????????????????????????
??????? ????????????????
???????????? ???????????????????? ?
???????????? ????????????
23
??????? ????????????????? ????????????????????????
???????????????????
24
????????????????????? (Black-body radiation)
??????? ??????? ???????? ????????????????????????
????? ???????????????????? (?????????)
? ?????????????????????????????????
???????????????????????????
? ???????????????? ???????????????????????????
? ??????????????????????? ???????????????????
25
?????????????????????
????? ?????? (Max Planck 1858-1947)
??????????????????????????????????????????????????
??????????????????????? ?????????????????????????
??????? (Quantum) ????????????????????????????????
??????? (?) ????????
E ? ? E h?
????? h ??? ????????????????? 6.625 x 10-34
?????????
26
???????????????????????? (?.?. 1905)
????????? (Albert Einstein) ??????????????????
???????????????????????? ??????????????????
??????????????????????????? ??????????????????????
?????? ???????? ????? (Photon) ???????????????????
? h?

• ????????????? e ?????????????????????
  ???????????????
• ????????????? (?) ??????? ??????????????????
  (?0-threshold
• value) ???????

27
? ????????????????????????????????? e
?????????????? ??????????????????????????????
??????????????? ???
? h?
? e ???????????????????????????? ????????
??????????????
? ????????????????????????????????????????????????
???
28
? ?????????????? ? ????????????? ? ?????????
?????????????
h?o
Slope h
29
???????????????????
?????????????????????????????????????????????????
? ????????????????? ??????????????????????????????
??????????????????????????? ??????????????????????
???? (Emission spectrum) ???????????
30

• ???????????????????????????????????????????????
• (line spectrum) ????????????

??????????????? 1. ??????????????????????????????
????? 2. ????????????????????????????????????????
???????????
31
??????????????????????????????????????????????
????????????
??????????????????? ?????? n ????????????????
??????? ?????????????????????????????????????????
????????????? ????????? (ground state)
32
???????????????????????????????????????????????
?????????????????????????????????????
????????????????????????????????? ????????
???????????? (excited state)
???????????? (excited state)
h?
e
????????? (ground state)
????????????????????????????????????
33
???????????????????????????? ????????????????????
??????????????????????????????? ????????? ????????
e
E2
???????????? (excited state)
?E E2 E1 h?
E1
????????? (ground state)
???????????????????????????????? ???????? ????????
??????????????????????????????? ? ?E.
34
??????????????????????????
????? (Niels Bohr 1885-1962) ???????????????????
????????????????????????? ????????????????????????
??????????????????????? ??????

• ???????????????????????
• ????????????????????????????????
  ??????????????????????? ????? r

n ??? ??????????????????? 1, 2, 3, ...
35
2. ?????????????????? ????????????????????
????????????????? ????? ????????????????????????
?????????????????????????????? ??? nh
??????????????? 2?
L ??????????????? me ???????????????? v
???????? h ?????????????????
36
3. ??????????????????????????????????????????
?????????? ????????????? ??????????????????????
??? ????????????? ?????????????????????????????
???
?E h? E2 E1
e ??????? ? ????? (??????????) ?E ????
e ???????? ? ???? (??????????) ?E ???? -
37
4. ???????????????????????????????????????????????
?????????? ??? ??????????????????????????????
????????????? ??????????? ?????????????????
?????????????????????????????
????? me ???????????????? z
???????????? n 1, 2, 3
38
?????? H ???????? ??????????????????????????
2.18 x 10-11 erg ???? 13.61 ev
???????????????????????????????????????????????
n ???
r n2a0
a0 ??? ???????? ???????? ???????????????????????
???
39
????? Bohr ?????????? ?????????????? H
????????????? e ???? H (He, Li2) ????????
????? Rydberg ?????????????????

• ??????? (Hz)
• ???????? (cm-1)
• ? ???????????? (cm, nm)
• R Rydberg constant 109,678 cm-1

40
????????????????????? H
??????????? Rydberg
?????????? na nb ???? ?
Lyman 1 2, 3, 4,.? UV
Balmer 2 3, 4, 5,.? Visible
Paschen 3 4, 5, 6,.?
Bragget 4 5, 6, 7,.? Infra red
Fund 5 6, 7, 8,.?
41
????????????????????? H
42
????????????????????????????? ???????????????????
?????????????????????????????? ??????????????????
?????????????????????????????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
?? ???????????????????????????????????????????????
43
??????????????????????????????????
????????? ???????????????????????????????????????
?????? ????????? ??????????????? ??????? (dual
nature)
?????????????? v ??
??????????????? ? h/mv
44
??????????? ?????????????????????
(uncertainty principle) ??????????????
??????????????????????????????????????????????
??? ?????????? ???????????????????????????????????
????????????
?x ??? ???????????????????????? ?p ???
????????????????????????
45
???????????? (?? 4 ???)
46
1. ?????????????? (Principal quantum number)

• ????????? ??? n
• ????????????????????
• ???????????????? (n 1, 2, 3,..)
• ????????? Shell K, L, M

47
2. ????????????????? (Angular momentum quantum
number)

• ????????? ??? l
• ?????????????????????? e
• l ????? 0 ??? (n 1)
• ???? n 1, l 0
• n 2, l 0, 1
• n 3, l 0, 1, 2
• n 4, l 0, 1, 2, 3

48
l 0 ???????? s orbital
(sharp)
l 1 ???????? p orbital (prinsiple)
l 2 ???????? d orbital
(diffuse)
l 3 ???????? f orbital
(fundamental)
49
3. ?????????????????? (Magnetic quantum number)

• ????????? ??? ml
• ???????????????????????? e ??????????
  ????????????????????????????
• ???????????? -l ??? l ???? 2l 1
• ??????????? l ??????????????????????? ????????
  degeneracy

50
(No Transcript)
51
3. ?????????????????? (Spin quantum number)

• ????????? ??? ms
• ????????????????????????????? (spin) ??? e
• ??????? 2 ??? ??? 1/2 (?????????????????)
• ??? -1/2 (?????????????????)

52
ms -1/2 ???????
ms 1/2 ???????
53
????? e ?????????????????????????? ?

• ????????? (n) ?? e ?????????? 2n2
• ???????????? n 1 ?? e ?????????? 2(1)2 2 e
• ???????????? n 2 ?? e ?????????? 2(2)2 8 e
• ???????????? n 3 ?? e ?????????? 2(3)2 18 e
• ???????????? n 4 ?? e ?????????? 2(4)2 32 e

54
????? e ????????????????????????

• ????????????????????????? e ?????????? 2 e
  ????????
• s-orbital ?? 1 ????????? ? ?????????????? 2 e
• p-orbital ?? 3 ????????? ? ?????????????? 6 e
• d-orbital ?? 5 ????????? ? ?????????????? 10 e
• f-orbital ?? 7 ????????? ? ?????????????? 14 e

55
?????????????? (Atomic Orbital)

• ??? ????????? ????????? e ????????? ????????????
• (??????????? e 90)

s - orbital
?????????? ????????? e ???????????????????
?????? l 0
??? n 1 ? 1s - ?????????
??? n 2 ? 2s - ?????????
56
(No Transcript)
57
p - orbital
? ?? ml 3 ??? ??? (1, 0, -1)
? p -orbital ???????? 3 orbital
? ?????????????? ??? ??????
58
d - orbital
? ?? ml 5 ??? ??? (2, 1, 0, -1, -2)
? ???????????? e ??????????????????????? ??????
59
f - orbital
? ?? ml 7 ??? ??? (3, 2, 1, 0, -1, -2, -3)
60
??????? e ??????? (Electron Configuration)
??? ??????????? e ??????? ???????????? (ground
state)
??????????????????????????????????????
?????????????? (Aufbau Principle)
61
?????????????? (Aufbau Principle)

1. ??????????????? ????????????????
   ?????????????????????????? 2 ??????????

????????? ?????????????????????????????
????????? ???????????? ??? ____ , ?, ?
?????????? ???????????? ??? ?
62
2. ???????????????????????????????????????????????
?? ????? ?????????????????
3. ????????????? (Hund.s rule) .??????????????????
???????????????????????? (degenerate orbitals)
??????????????????????????????????????????????
?? (????? ????????????????????????????????????
????)
4. ???????????????????????????????????????????????
?????? ?????????? ???????????? (filled
configuration) ????????????? ???????????????????
???????????????????????? ?????????? ????????
????? (half-filled configuration) ????????????
?????????????????????????
63
??????????????????????????????????????????????
64
???????????????????????????????????
65
????????????????????? (Pauli Exclusion principle)
???????????????????????????????
????????????????????????????????????
??????????????????????????????????????????????????
?? (n, l, ml, ms) ???????????????
(1,0,0, 1/2 )
???????? ???????
(1,0,0, -1/2 )
66
????????????