基础化学第十一章

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1、第十一章原子结构Rutherford“太阳-行星模型”的要点：1.所有原子都有一个核即原子核(nucleus)；2.核的体积只占整个原子体积极小的一部分；3.原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上；4.电子像行星绕着太阳那样绕核运动。11.1原子的玻尔模型一、经典物理学局限性在对粒子散射实验结果的解释上,新模型的成功是显而易见的,至少要点中的前三点是如此。根据当时的物理学概念,带电微粒在力场中运动时总要产生电磁辐射并逐渐失去能量,运动着的电子轨道会越来越小,最终将与原子核相撞并导致原子毁灭。由于原子毁灭的事实从未发生,将经典物理学概念推到前所未有的尴尬境

2、地。会不会？！1.Plank公式1900年,普朗克(PlankM)提出著名的普朗克方程：E=hv式中的h叫普朗克常量(Planckconstant),其值为6.626×10-34J·s。普朗克认为,物体只能按hv的整数倍(例如1hv,2hv,3hv等)一份一份地吸收或释出光能,而不可能是0.5hv,1.6hv,2.3hv等任何非整数倍。即所谓的能量量子化概念。普朗克提出了当时物理学界一种全新的概念,但它只涉及光作用于物体时能量的传递过程(即吸收或释出)。爱因斯坦认为,入射光本身的能量也按普朗克方程量子化,并将这一份份数值为1hv的能量叫光子(photo

3、ns),一束光线就是一束光子流.频率一定的光子其能量都相同,光的强弱只表明光子的多少,而与每个光子的能量无关。爱因斯坦对光电效应的成功解释最终使光的微粒性为人们所接受。2.光电效应1905年,爱因斯坦(EinsteinA)成功地将能量量子化概念扩展到光本身,解释了光电效应(photoelectriceffect)。3.原子光谱二、氢原子的玻尔模型爱因斯坦的光子学说普朗克的量子化学说氢原子的光谱实验卢瑟福的有核模型Bohr在的基础上，建立了Bohr理论1.玻尔原子模型的建立2.玻尔理论玻尔模型认为,电子只能在若干圆形的固定轨道上绕核运动。它们是符合一定条

4、件的轨道：电子的轨道角动量L只能等于h/(2)的整数倍：从距核最近的一条轨道算起,n值分别等于1,2,3,4,5,6,7。根据假定条件算得n=1时允许轨道的半径为53pm,这就是著名的玻尔半径。（1）关于固定轨道的概念p2hnmvrL==原子只能处于上述条件所限定的几个能态。定态：所有这些允许能态之统称。电子只能在有确定半径和能量的定态轨道上运动,且不辐射能量。基态：n值为1的定态。通常电子保持在能量最低的这一基态。基态是能量最低即最稳定的状态。指除基态以外的其余定态.各激发态的能量随n值增大而增高。电子只有从外部吸收足够能量时才能到达激发态。激发态

5、:（2）关于轨道能量量子化的概念（3）★关于能量的吸收和发射玻尔模型认为,只有当电子从较高能态(E2)向较低能态(E1)跃迁时,原子才能以光子的形式放出能量,光子能量的大小决定于跃迁所涉及的两条轨道间的能量差：ΔE=E2－E1=hνE:轨道的能量ν：光的频率h:Planck常量hEEEEh1212-=-=nn3.玻尔理论成功之处●计算氢原子的电离能●解释了H及He+、Li2+、B3+的原子光谱波型HαHβHγHδ计算值/nm656.2486.1434.0410.1实验值/nm656.3486.1434.1410.2●说明了原子的稳定性●对其他发光现象（

6、如Ｘ射线的形成）也能解释4.玻尔理论不足之处●不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂●不能解释氢原子光谱的精细结构●不能解释多电子原子的光谱Why？11.2.原子的量子力学模型一、微观粒子的波粒二象性1.光的波粒二象性电磁波是通过空间传播的能量。可见光只不过是电磁波的一种。光的干涉、衍射等现象说明光有波动性；光电效应、原子光谱说明光具有粒子性。光具有这两重性质，称为光的波粒二象性。2.物质波德布罗依假设：电子等实物粒子也具有波动性，这种波称为德布罗依波或物质波。【例11-1】分别计算一个质量为0.025公斤，运动速度为300米/秒的子弹和一个质量为9.1×1

7、0-31公斤，运动速度为1.5×106米/秒的电子的波长。子弹的波长：解：电子的波长：可见宏观物体的波长极短以致无法测量，所以宏观物体的波长就难以察觉，主要表现为粒性，服从经典力学的运动规律。只有像电子、原子等质量极小的微粒才具有与X射线数量级相近的波长,才符合德布罗依公式。二、微观粒子测不准关系海森堡的不确定原理：不可能同时测得电子的精确位置和精确动量●重要暗示——不可能存在Rutherford和Bohr模型中行星绕太阳那样的电子轨道。●具有波粒二象性的电子,不再遵守经典力学规律,它们的运动没有确定的轨道,只有一定的空间概率分布。实物的微粒波是概率波

8、三、波函数和薛定谔方程1.量子力学的基本假设：(1)由于核外电子具有波粒二象性，所以电子的运动