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第十七章　原子和原子核 第一节　原子的核式结构 一、饼式结构 二、散射实验和原子的核式结构 根据实验结果进行推理判断，提出合理假设： 核式结构模型 电子质量很小 在原子的中心有一个很小的核，叫原子核，原子几乎所有的质量和所有正电荷都集中在原子核里。 电子绕原子核作圆周运动。 原子半径：10－10m 原子核半径：10－15m 原子内部是十分“空旷”的！！！ 三、原子核的组成 1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核，从中产生了一种粒子并测定了它的电荷与质量，把它叫做质子。 一开始，人们以为原子核只是由质子组成的。但人们发现质子的荷质比却与原子核的荷质比不相同，多数核质子的荷质比原子核的荷质比大。卢瑟福猜想原子核内还存在一种粒子，质量与质子相等，但不带电，并把它称为中子。后来，查德威克用实验证实了中子。 于是，人们认为原子核由质子和中子组成。 原子核的表示：X代表元素符号，A为原子核的质量数，Z为原子核的电荷数。 第二节　原子的能级　电子云 一、经典物理与核式原子结构的矛盾： 二、玻尔的原子模型 1．玻尔原子模型的内容： 玻尔认为，围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值，这种现象叫轨道量子化；不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子做变速运动，却不辐射能量，因此这些状态是稳定的；原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。 2．玻尔原子模型的三条假设 定态—原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然作加速运动，但并不向外辐射能量。 跃迁—原子从一种定态（设能量为E1）跃迁到另一种定态（设能量为E2）时，它辐射（或者吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种状态的能量差决定，即：hv＝El一E2。 轨道量子化—原子的不同能量状态与电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道分布也是不连续的。 3．原子的跃迁条件 hv＝E初一E终只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况，对下列两种情况，则不受此条件限制。 光子和原子作用而使氢原子电离，产生离子和自由电子时，原子结构被破坏，因而不遵守有关原子结构的理论。如基态氢原子的电离能为13. 6eV，只要大于或等于13. 6eV的光子都被处于基态的氢原子吸收而电离。氢原子电离所产生的自由电子的动能等于入射光子的能量与电离能之差。 只要光子的能量大于电子所处轨道的电离能，都可以将电子电离。 电子与氢原子碰撞也能使氢原子发生跃迁，但与光子的情况有质的不同．从力学的角度看。电子与氢原子相碰撞，电子的动能可能全部或部分地转变成原子的能量。当电子的动能等于氢原子某两个定态能级之差时，电子的动能可以全部传给氢原子；当电子的动能大于氢原子某两定态能级差时，电子的动能只可部分（等于两定态能级差）传给氢原子，两种情况都能使氢原子发生跃迁。但当电子的动能小于氢原子的某两能级差时，就不能使氢原子发生跃迁。 4．玻尔模型的两个基本公式 这两个公式仅适用于氢原子。式中的n表量子数，n＝1,2 ,3 ,4… 氢原子各定态的能量值，为电子绕核运动的动能Ek和电势能EP的代数和；当取无限远处电势能为零时，各定态的电势能均为负值，且其大小总大于同一定态的电子的动能，所以各定态的能量均为负值。 玻尔理论的成功之处在于引入了量子化的概念，但仍保留了经典的原子轨道，故有关氢原子的计算仍应用经典物理理论。对电子绕核运动的轨道半径、速度、周期、动能、电势能等的分析与计算，是牛顿运动定律、库仑定律、匀速圆周运动等知识的综合运用。 如由可计算出电子在任一轨道上运动的动能：，电子运动的速率：，可见越小，越大。 电子的势能：可用卫星运动的势能来类似理解。 二、能级 1．能级：原子在各个定态时的能量值称为原子的能级。 2．基态：在正常状态下，原子处于最低能级，电子在离核最近的轨道上运动的定态称为基态。 3．激发态：原子吸收能量后从基态跃迁到较高能级，电子在较远的轨道上运动的定态称为激发态。 4．一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱线条数为： 例1．氢原子放出一个光子后，根据玻耳理论，氢原子的（　　　） A．核外电子的电势能增大 B．核外电子的动能增大 C．核外电子的转动周期变大 D．氢原子的能量增大 例2．处于基态的氢原子在某单色光的照射下，只能发出频率为ν1、ν2、ν3的三种光，且ν1＜ν2＜ν3，则该单色光的光子能量为（　　　） A．hν1 B．hν2 C．hν3 D．h(ν1+ν2) 例3．氢原子在基态时轨道半径r1＝0.53，能量E1＝－13.6eV。求氢原子处于基态时：（1）电子的动能；（2）电子运转形成的等效电流；（3）原子的电势能；（4）用波长是多少的光照可使其电离？ 第三节　天然放射现象