原子结构和元素周期律.ppt

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第二节 微观粒子的特征
第三节 氢原子结构
第四节 多电子原子结构
第五节 元素周期表
第六节 元素性质的周期性
第八章 原子结构和元素周期律
氢原子光谱
玻尔理论
第一节 氢原子光谱和玻尔理论
1897 年，英国物理学家汤姆逊发现了电子，并确认电子是原子的组成部分。
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1913 年，年轻的丹麦物理学家玻尔在卢瑟福的原子结构模型的基础上，应用普朗克的量子论和爱因斯坦的光子学说建立了玻尔原子结构模型，成功地解释了氢光谱，推动了原子结构理论的发展。
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1911年，英国物理学家卢瑟福在α粒子散射实验的基础上，提出了行星式原子轨道模型：原子像一个行星系，中心有一个体积很小却几乎集中了原子全部质量的带正电荷的原子核，而带负电荷的电子在核外空间绕核高速运动，就像行星围绕着太阳运动。
一、氢原子光谱
人们用眼睛能观察到的可见光的波长范围是400~760 nm。一束白光通过石英棱镜时，不同波长的光由于折射率不同，形成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等没有明显分界线的彩色带状光谱，这种带状光谱称为连续光谱。
连续光谱
气态原子被火花、电弧或其他方法激发产生的光，经棱镜分光后，得到不连续的线状光谱，这种线状光谱称为原子光谱。
氢原子光谱是最简单的原子光谱，它在可见光区有四条比较明显的谱线，分别用 Hα、Hβ、Hγ、Hδ表示。此外，在红外区和紫外区也有一系列不连续的光谱。
氢原子光谱及实验示意图
1913 年，瑞典物理学家里德伯总结出适用氢原子光谱的谱线频率的通式：
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σ为波数， ； 为里德伯常数，
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；n1 和 n2 为正整数，n2 > n1。
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在某一瞬间一个氢原子只能产生一条谱线，实验中之所以能同时观察到全部谱线，是由于很多个氢原子受到激发，跃迁到高能级后又返回低能级的结果。
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玻尔的原子结构模型的基本要点如下：
电子只能在某些特定的圆形轨道上绕核运动，在这些轨道上运动的电子既不放出能量，也不吸收能量。
电子在不同轨道上运动时，它的能量是
不同的。电子在离核越远的轨道上运动时，其能量越高；在离核越近的轨道上运动时，其能量越低。轨道的这些不同的能量状态称为能级，其中能量最低的状态称为基态，其余能量高于基态的状态称为激发态。原子轨道的能量是量子化的，氢原子轨道的能量为：
二、玻尔理论
当电子在能量不同的轨道之间跃迁时，原子就会吸收能量或放出能量。当电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，原子以光的形式释放出能量，释放出光的频率与轨道能量间的关系为：
玻尔理论成功地解释了原子稳定存在的事实和氢原子光谱。
在正常状态时，核外电子处于最低的基态，在该状态下运动的电子既不吸收能量，也不放出能量，电子的能量不会减少，因此不会落到原子核上，原子不会毁灭。
当原子从外界接受能量时，电子就会跃迁到能量较高的激发态。而处于激发态的电子是不稳定的，它会跃迁回能量较低的轨道，同时将能量以光的形式发射出来，发射出的光的频率决定于跃迁前后两个轨道间的能量差。由于轨道的能量是不连续的，发射出的光的频率也是不连续的，因此得到的氢原子光谱是线状光谱。
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