第四节 原子的结构和能级.pptVIP

回顾 19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世界的大门，物理学家根据研究提出了关于原子结构的各种模型，卢瑟福的核式结构模型能够很好的解释实验现象，得到了多数科学家的肯定，但是与经典的电磁理论发生了矛盾． 经典电磁理论 经典电磁理论认为：电子绕核作匀速圆周运动, 绕核运动的电子将不断向外辐射电磁波。由于原子不断地向外辐射能量，能量 逐渐减小，电子绕核旋转的频 率也逐渐改变，原子的发射光 谱应是连续谱。由于原子总能 量减小，电子将最终逐渐接近 原子核，而使原子变得不稳定。 经典电磁理论与现代物理学的矛盾 事实上： 氢原子发射的光谱是不连续的光谱，而核外的电子总是不停地绕核运动。 表明： 从宏观现象总结出来的经典电磁理论跟原子微粒产生的微观现象出现了矛盾。 玻尔理论的基本假设 现象：氢原子光谱是分立(线状)的，原子是稳定的. 设想：原子内部的能量也是不连续的。 1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础上，结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提出假设： 定态假设：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，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态 玻尔理论的基本假设 轨道能级化假设：原子的不同能量状态跟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的分布也是不连续的。 跃迁假设: 当原子从一个能量 为En的定态跃迁到另一个能量 为Em的定态时，就要发射或吸 收一个频率为 ?m-n的光子. 能级结构猜想 能级：原子内部不连续的能量称为原子的能级。 数值上等于原子在定态时的能量值。 跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程。 在跃迁的过程中，原子辐射(或吸收)光子的能量为: hv= Em- En Em和En分别为跃迁前后的能级 能级结构猜想 (1)处于高能级的原子会自发 地向低能级跃迁，并且在 这个过程中辐射光子 。 (2)反之，原子吸收了特定频 率的光子或者通过其他途 径获得能量时便可以从低 能级向高能级跃迁。 氢原子的能级 基态：在正常状态下，氢原子处于最低的能级E1 (n=1),这个最低能级对应的定态称为基态。 激发态：当电子受到外界激发时，可从基态迁到较 高的能级E2，E3…上，这些能级对应的定态 称为激发态。 处于激发态的原子是不稳定的，它会向较低的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形色向外辐射，这就是氢原子发光的现象。原子辐射出的光子的能量等于两能级间的能量差。 氢原子的能级 由 知道，氢原子辐射光谱的波长取决于两光谱项之差；而hv=Em-En式则揭示出氢原子辐射光的频率取决于两能级之差。 能级与光谱项之间的关系 最先得出氢原子能级表达式的，是丹麦物理学家玻尔，他在吸取前人思想的基础上，通过大胆假设，推导出氢原子的能级满足： 式子表明，氢原子的能量是不连续的，只能取一些定值，也就是说氢原子的能量是量子化的,因此n也被称为能量量子数。 氢原子的能级 从 可算出： 所以，上式也可以写成： 能级间的跃迁产生不连续的谱线，从不同能级跃迁到某一特定能级就形成一个线系。 氢原子玻尔理论的意义和不足 (1)正确地指出原子能级的存在（原子能量量子化） (2)正确地指出定态和角动量量子化的概念； (3)正确的解释了氢原子及类氢离子光谱； (4)无法解释比氢原子更复杂的原子； (5)把微观粒子的运动视为有确定的轨道是不正确的 (6)是半经典半量子理论，存在逻辑上的缺点，即把 微观粒子看成是遵守经典力学的质点，同时，又 赋予它们量子化的特征。 课堂练习 1.下面关于玻尔理论的解释中, 正确的说法是( ) A.原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量； B.原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就会向外辐射能量； C.原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子； D.原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的。 课堂练习 2. 根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列说法中正确的是（ ） A.电子轨道半径越大； B.核外电子的速率越大； C.氢原子能级的