高中化学奥赛辅导原子结构

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1、第一章原子结构英国物理学家汤姆森(J.J.Thomson)1884年担任著名的卡文迪许实验室主任。1897年通过阴极射线实验发现了电子。1904年提出原子的“枣糕模型”，认为“电子是均匀地分布在正电荷的海洋中”。汤姆森1、原子的枣糕模型1906年获得诺贝尔物理奖。一、原子结构理论的发展概况英国物理学家卢瑟福(E.Rutherford)1895年在剑桥大学攻读博士学位期间直接受到汤姆森的指导。1908年获得诺贝尔化学奖。1911年根据粒子散射实验的结果提出原子的“含核模型”，也称为“行星模型”。1919年接替汤姆森担任卡文迪许实验室主任。卢瑟福卢瑟福是汤姆森六位获诺贝尔奖的学生之

2、一，而他本人又指导包括玻尔在内的十一位诺贝尔奖获得者。2、原子的含核模型1911年卢瑟福根据a粒子轰击原子实验，建立了有核原子模型。原子中央有一个体积非常小的、带正电荷的原子核；在原子核周围很大空间里存在着围绕原子核运动的电子。卢瑟福模型的局限其二，是它不能说明元素的线状光谱产生的原因。据该原子模型，能量的释放应是不间断的，观察到的原子光谱应是连续的带状光谱，这与实验观察到的间隔的线状光谱不符。其一，是电子以极大的速度绕核运动，辐射能量（电磁波），则轨道半径越来越小，最后在非常短的时间内掉在原子核上，引起原子毁灭，称为“原子的塌陷”。玻尔理论的基础能量量子化和光子学说－20世纪初

3、1900年，普朗克（Planck）提出了能量量子化的概念。他认为黑体辐射频率为的能量是不连续的，只能是h的整数倍。h称为普朗克常数，6.626×10-34J·s。1905年，爱因斯坦提出了光子学说，圆满地解释了光电效应。——光的波粒二象性。1913年，丹麦物理学家玻尔（Bohr）在牛顿力学的基础上，吸收了量子论和光子学说的思想，建立了玻尔原子模型。(定态同心圆模型)玻尔的氢原子模型1.定态假设：核外电子运动有一定的轨道，在此轨道上运动的电子既不放出能量也不吸收能量。称为定态。能量最低的定态称为基态能量高于基态的定态称为激发态2.量子化假设：在一定轨道上运动的电子具有一定的角动

4、量和能量，这个角动量和能量只能取某些量子化的条件所决定的数值。n＝1,2,3,4,5‥‥‥，称为量子数3.跃迁规则：电子吸收光子就会跃迁到能量较高的激发态，反之，激发态的电子会放出光子，返回基态或能量较低的激发态；电子吸收或放出光子的能量为跃迁前后两个能级的能量之差。但在解释多电子原子时，却遇到了难以解决的因难成功解释氢原子光谱及类氢离子光谱。误差在千分之一以下。优点：指出原子结构量子化的特性用量子化解释了原子结构和氢光谱的关系缺点：未能完全摆脱经典物理的束缚无法解释多电子系统和原子光谱的精细结构玻尔理论的优缺点对于原子中电子运动的描述，要在新的量子力学出现后，才能得到和实验结果

5、相符合的结果。相对于量子力学，1900-1925年，称为旧量子论阶段量子力学的基础是：波粒二象性、测不准原理和薛定谔方程。——核外电子运动状态的现代概念量子力学概念1.微观粒子的波粒二象性—物质波1924年，德布罗意电子等微观粒子与光一样具有波粒二象性三年后，假设由电子衍射实验证实。电子衍射实验单个电子穿过晶体投射在屏幕上多个电子穿过晶体投射在屏幕上电子衍射图abcX射线衍射图电子衍射图如何理解电子衍射图统计解释：用弱的电子流使电子一个个地通过晶体光栅或者使某个电子反复通过晶体光栅而到达底片，长时间后，也有相同的衍射图形。说明电子衍射不是电子与电子之间相互作用的结果，是由电子本身

6、运动的规律性所致，是和大量电子的运动统计性规律联系在一起的。所以电子波又称统计波或概率波，也称为物质波。1927年，德国物理学家W.Heisenberg提出了测不准原理，对于具有波粒二象性的微观粒子的运动进行了描述。其数学表达式为：xP≥h/2π或xv≥h/2πm式中x为微观粒子位置的测量偏差，P为粒子的动量的测量偏差，v为粒子运动速度的测量偏差。2.测不准原理对质量为10克的宏观物体，若x=0.01cm对电子，m=9.1110-31千克，x=10-9cm∴对宏观物体可同时测定位置与速度∴若m非常小，则其位置与速度是不能同时准确测定的测不准原理说明了微观粒

7、子运动有其特殊的规律，不能用经典力学处理微观粒子的运动，而这种特殊的规律是由微粒自身的本质所决定的。二.薛定谔方程—电子波动方程1926年，薛定谔利用德布罗意的物质波的观点，提出了描述微观粒子运动规律的方程，后称为薛定谔方程。该方程的提出标志着量子力学的诞生，它是量子力学的最重要的基本方程。x,y,z:电子的空间坐标；m:电子的质量V:电子的势能;E:电子的总能量:方程的函数解，称为波函数代数方程的解是一个数；微分方程的解是一组函数；对于Schrödinger方程，偏微分方程来