第6章原子结构

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1、第六章原子结构邬金才质子(正电)原子核中子(中性)原子结构电子(负电)决定物质性质及影响化学反应的是原子核外电子的运动状态及其分布的变化情况.19世纪末(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.istheembarrassmentoftheconceptsoftheclassicalphysics?经典物理学概念,带电微粒绕核做圆周运动，运动速度改变时,要发出电磁波并逐

2、渐失去能量，原子光谱应该连续。电子的运动轨道也会越来越小,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,Anunsatisfactoryatomicmodel将经典物理学概念推到前所未有的尴尬境地.§6.1微观粒子的波粒二象性Bohr的电子运动模式19世纪末20世纪初6.1.1氢光谱与Bohr理论HδHγHβHα410.2434.0486.1656.3/nm1417.316.916.074.57(10)/s氢原子谱线间有什么联系呢？1885年，瑞士物理学家Balmer根据氢原子在可见光区

3、的四条谱线的位置，总结出了这些谱线的频率服从如下数学关系式：（经验公式）111v=()s222nn=3，4，5，6并称氢原子在可见光区的四条谱线称为Balmer线系c81光速c2.99810ms1913年，瑞典光谱学家Rydberg提出了含盖可见光区以外的氢原子谱线的经验公式:1111=()s22nn12n为正整数，n1

4、非偶然。n的含义是什么？1900年，M.Planck提出了量子论能量像物质微粒一样是不连续的，能量包含着大量微小分立的能量单位，不管物质吸收或发射能量，总是吸收或发射相当于量子整数倍的能量。每一个量子的能量与相应电磁波的频率成正比。1905年，A.Einstein应用量子论成功解释了光电效应，并提出了光子学说：光是由具有粒子特征的光子组成，每一个光子的能量与光的频率成正比。E=h=hc/h：Planck常数——6.62610-34Jh：频率，c：光速，：波长pBohr理论假设(1)定态假设：核外电

5、子只能在一些特定轨道上运动,且具有确定的能量。m：电子质量角动量：M=mr=nh/2：电子运动速度r：轨道半径n=1，2，3，4……电子在这些特定轨道上运动时，能量不因运动而损耗。特定轨道定态轨道(2)量子化假设：原子核外有一系列定态轨道，各定态轨道是不连续的；且离核越远能级越高。通常，电子尽可能在低能轨道(基态轨道)上运动，该状态——基态。当电子吸收能量跃迁到较高能级的轨道上运动的状态——激发态。电子从激发态回到基态时,以光的形式释放能量，光的频率取决于这两条轨道间的能量差。Ehv(E：轨道能量)通

6、过经典物理学及数学推导，可得氢原子各定态轨道半经r和能量E:rBn2n:量子数B:52.9pm(玻尔半径外电子轨道量子化1离核距离的基本单位)EAn2A:2.179×10-18J(氢原子基态能量)轨道能量量子化。18当n1，r52.9pm,E2.17910J11118n2，r452.9pm,E2.17910J224118n3，r952.9pm,E2.17910J239……当电子从高能量轨道跃迁至低能量轨道时，其辐射能的频率ν为：EA11v()22hhnn

7、1215111跃迁的能量也是量子化的v3.28910(22)snn12Balmer线系（可见光区）是电子从n=3，4，5，6能级跃迁至n=2能级时所放出的辐射。15111v3.28910()s22nn12n2=3红（Hα）n2=4青（Hβ）n1=2n2=5蓝紫（Hγ）n2=6紫（Hδ）氢原子能级Balmer线系微观粒子的运动具有本身的特点,这就是波粒二象性.6.1.2微观粒子的波粒二象性波动性：衍射、干涉、具有波长光粒子性：光电效应、光压（0.04mg/m2）1924年，deBroglie认为：

8、电子、中子等实物粒子也具有波动性，其波长服从下列公式:λ=h/p=h/mh=6.626×10-34J·s，Planck常量。微观粒子的波粒二象性就是指微观粒子既具有粒子性，同时又具有波动性。波粒二象性是微观粒子的基本特性。电子衍射实验1927年，美国科学家Davissson和Germer应用Ni晶体进行电子衍射实验，证实电子具有波动性。电子波是几率波,是大量电子衍射的结果。高速电子流