第五章 原子结构与周期表 原子结构理论的发展简史.ppt

第五章 原子结构与周期表 6.1 原子结构理论的发展简史 一、古代希腊的原子理论 二、道尔顿(J. Dolton) 的原子理论--- 19世纪初 三、卢瑟福(E.Rutherford)的行星式原 子模型---19世纪末 四、近代原子结构理论---氢原子光谱 6.2 核外电子的运动状态 学习线索： 氢原子光谱 →玻尔原子结构理论 →实物粒子的“波粒二象性” →量子力学对核外电子运动状态的描述—薛定谔方程。 6.2 核外电子的运动状态(续) 一 、氢原子光谱 连续光谱(continuous spectrum) 线状光谱(原子光谱)(line spectrum) 氢原子光谱（原子发射光谱） 连续光谱（自然界） 连续光谱(实验室） 电磁波连续光谱 氢原子光谱（原子发射光谱）真空管中含少量H2(g)，高压放电，发出紫外光和可见光 → 三棱镜 → 不连续的线状光谱 连续光谱和原子发射光谱(线状光谱)比较 一、氢原子光谱（原子发射光谱）（续） （一）氢原子光谱特点 1.不连续的线状光谱 2.谱线频率符合 ? = R 一、氢原子光谱（续）巴尔麦( J. Balmer)经验公式 _ _  ? : 波数(波长的倒数? = 1/? , cm-1). n: 大于2的正整数.RH： 也称Rydberg常数, RH= R / c RH = 1107m-1 （二）经典电磁理论不能解释氢原子光谱： 经典电磁理论： 电子绕核作高速圆周运动， 发出连续电磁波→ 连续光谱， 电子能量↓ → 坠入原子核→原子湮灭 事实： 氢原子光谱是线状（而不是连续光谱）； 原子没有湮灭。 二、玻尔（N.Bohr）原子结构理论 二、玻尔（N.Bohr）原子结构理论(续) （一）要点：3个基本假设（续） 2. 在一定轨道上运动的电子的能量也是量子化的： （一）要点：3个基本假设（续） 原子在正常或稳定状态时，电子尽可能处于能量最低的状态—基态（ground state）。 对于H原了，电子在n=1的轨道上运动时能量最低—基态，其能量为： 3. 电子在不同轨道之间跃迁（transition）时,会  吸收或幅射光子，其能量取决于跃迁前后两轨道 的能量差： 里德堡常数 R = 3.289 ? 1015 s-1.与（6.1）式完全一致。这就解释了氢原子光谱为什么是不连续的线状光谱。 （二）局限性 1. 只限于解释氢原子或类氢离子（单电子体系）的光谱，不能解释多电子原子的光谱。 2. 人为地允许某些物理量（电子运动的轨道角动量和电子能量）“量子化”，以修正经典力学（牛顿力学）。 三、微观粒子的波粒二象性 波象性——衍射、干涉、偏振… 微粒性——光电效应、实物发射或吸收光… （与光和实物互相作用有关） 例：能量 E光子=h? （6.4） 动量 p = h / ? (6.5) E光子 , p — 微粒性 ?, ? — 波动性 通过h相联系 （二）实物粒子的波粒二象性(续) 1924年，年轻的法国物理学家Louis de Broglie（德布罗意）提出实物粒子具有波粒二象性。他说： “整个世纪以来，在光学上，比起波动的研究方法，是过分忽略了粒子的研究方法；在实物理论上，是否发生了相反的错误呢？我们是不是把粒子图象想得太多，而过分地忽略了波的图象？” 他提出：电子、质子、中子、原子、分子、离子 等实物粒子的波长 ? = h / p = h / mv （6.5.1） 3年之后，（1927年），C.J.Davisson（戴维逊）和L.S.Germer（革末）的电子衍射实验证实了电子运动的波动性——电子衍射图是电子“波”互相干涉的结果，证实了de Broglie的预言。 （三）测不准原理（The Uncertainity principle） （三）测不准原理(续) 例1: 对于 m = 10 克的子弹，它的位置可精确到?x ＝ 0.01 cm,其速度测不准情况为： （三）测不准原理(续) 例2: 微观粒子如电子, m = 9.11 ? 10-31 kg, 半径 r = 10-18 m，则?x至少要达到10-19 m才相对准确，则其速度的测不准情况为：