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氢原子结构
多电子原子结构
元素周期律
第六章原子结构
一、氢原子光谱与Bohr理论
三、SchrÖdinger方程与量子数
二、电子的波粒二象性
第一节氢原子结构
世上成千上万种物质,其性质各不相同,主要是由于物质内部结构不同所至,因此我们要想研究物质的各种不同的性质,就必须首先要搞清楚物质的结构。
物质是由分子组成,分子是由原子组成,原子是由原子核和核外电子组成,原子核在化学变化中不发生变化,而核外的电子发生变化,因此要想搞清楚物质结构,必须首先了解分子和原子结构,要想搞清楚原子结构必须搞清楚原子核外的电子排布,为此本章将重点从以上几个方面来讨论。
物质性质物质结构分子结构原子结构
1、氢原子光谱
一、氢原子光谱与Bohr理论
与日光经过棱镜后得到的七色连续光谱不同, 原子受高温火焰、电弧等激发时,发射出来的是不连续的线状光谱。每种元素的原子都有其特征波长的光谱线,它们是现代光谱分析的基础。氢原子的发射光谱是所有原子发射光谱中最简单的,发出紫外和可见光。
①不连续的、线状的, ②是很有规律的。
氢原子光谱特征:
氢原子光谱由五组线系组成, 即紫外区的莱曼(Lyman)系, 可见区的巴尔麦(Balmer)系, 红外区的帕邢(Paschen)系、布莱克特(Brackett)系和芬得(Pfund)系. 任何一条谱线的波数(wave number)都满足简单的经验关系式:
式中v为波数的符号, 它定义为波长的倒数, 单位常用cm-1; R∞为里德伯常量, 77×107 m-1; n2大于n1 , 二者都是不大的正整数.
在某一瞬间,一个氢原子只能释放出一条谱线,许多氢原子才能释放出许多谱线,我们在实验中所以能够同时观察到全部谱线,是无数个氢原子受到激发到了高能级,而后又回到低能级的结果。
说明:
氢原子核内只有一个质子,核外只有一个电子,它是最简单的原子。在氢原子内,这个电子核外是怎样运动的?这个问题表面看来似乎不太复杂,但却长期使许多科学家既神往又困扰,经历了一个生动而又曲折的探索过程。
1、爱因斯坦的光子学说
2、普朗克的量子化学说
3、氢原子的光谱实验
4、卢瑟福的有核模型
1913年,28岁的Bohr在
的基础上,建立了Bohr理论.
2、玻尔理论
Bohr 理论的主要内容
年轻的丹麦物理学家玻尔(Bohr N,1885-1962)于1913年提出的氢原子结构的量子力学模型是基于下述3条假定:
1、关于固定轨道的概念。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。因此,玻尔的氢原子模型可以形象地称为行星模型。电子在轨道上运动的角动量符合以下公式:
n 叫做量子数(quantum number), 取1,2,3,…等正整数。轨道角动量的量子化意味着轨道半径受量子化条件的制约。
2、关于轨道能量量子化的概念。电子轨道角动量的量子化也意味着能量量子化。即原子只能处于上述条件所限定的几个能态, 不可能存在其他能态。
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。
(1)定态(stationary state):
在一定轨道中运动的电子具有一定的能量,称为定态。处于定态的电子只能在有确定半径和能量的定态轨道上运动, 不辐射能量也不吸收能量。
(2)基态(ground state):
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.
(3)激发态(excited states):
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(即, 定态轨道上运动的电子不放出能量), 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。根据普朗克关系式, 该能量差与跃迁过程产生的光子的频率互成正比:
关于能量的吸收和发射:
ΔE = E2 - E1 = hν
如果电子由能量为E1的轨道跃至能量为E2的轨道, 显然应从外部吸收同样的能量.
E: 轨道的能量
ν:光的频率
h: Planck常数
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