原子结构与周期表

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1、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(continuousspectrum)线状光谱(原子光谱)(linespectrum)氢原子光谱（原

2、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（6.1）式中，频率(s-1),Rydberg常数R=3.2891015s-1n1、n2为正整数，且n1

3、aschen、Bracker、Pfund系）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/cRH=1.09677576107m-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1913年，丹麦物理学家N.Bohr提出.二、玻尔

4、（N.Bohr）原子结构理论(续)（一）要点：3个基本假设1.核外电子运动的轨道角动量（L）量子化（而不是连续变化）：L=nh/2(n=1,2,3,4…)(6.2)Planck常数h=6.62610-34J.s符合这种量子条件的“轨道”（Orbit）称为“稳定轨道”。电子在稳定轨道运动时，既不吸收，也不幅射光子。（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：（6.3）（只适用于氢原了或类氢离子:He,Li2+,Be3+…)或:（6.3.1）n=1,2,3,4…;Z—核电荷数（=质子数）

5、（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（groundstate）。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：相应的轨道半径为：r=52.9pm=a0（玻尔半径）*能量坐标：即r↗,E↗；r↘,E↘（负值）（r电子离核距离）Er3.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：（一）要点：3个基本假设（续）（6.4）（真空中光速c=2.998108m.s-1）代入（6.3.1）式，且H原子

6、Z=1,则光谱频率为：里德堡常数R=3.2891015s-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

7、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LouisdeBroglie（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

8、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deBroglie的预言。）1927年W.Heisenberg（海森堡）提出。测不准原理—测量一个粒子的位置的不确定量x,与测量该粒子在x方向的动量分量的不确定量px的乘积，不小于一定的数值。即：xpxh/4（6.6）或:p=mv,px=mv,得:显然，