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第一节玻尔理论一. 实验规律记录氢原子光谱原理示意图氢放电管 2~3 kV 光阑全息干板三棱镜(或光栅) 光源 1903 年汤姆逊首先提出了一个原子模型,它设想原子中的正电荷以均匀的体密度分布在一个大小等于整个原子的球内,而电子则一个个地分布在球内的不同位置上。 1911 年英国物理学家卢瑟福,提出另一个原子模型,他设想在原子中央是一个很小的,很重的带正电荷的原子核,电子绕原子核运动,好象行星绕太阳运转一样,以上两种模型究竟那一种正确, 要由实验来检验,卢瑟福、盖革和马斯顿做了这方面实验。 a粒子(即氢原子核 )散射等其它实验证实了卢瑟福原子模型是正确的。 He 21) 11( 1~ 22nk R H?????氢光谱的里德伯常量 17m 10 1 373 097 .1 ??? HR (3) k = 2 ( n = 3, 4, 5, …)谱线系——赖曼系(1908 年) (2) 谱线的波数可表示为 k = 1 ( n = 2, 3, 4, …)谱线系——巴耳末系( 1880 年) (1) 分立线状光谱氢原子的巴耳末线系照片二、原子的核型结构与经典理论的矛盾 1、连续光谱,根据经典电磁理论,绕核运动的电子所发射的光谱应是连续的,这与原子的线状光谱的实验事实不符, 2、原子由于辐射的缘故,电子的能量减少,它将沿螺旋线逐渐接近原子核,最后落在核上,因此按经典理论,卢瑟福的核型结构就不可能是稳定系统。 1913 年玻尔在卢瑟福的核型结构的基础上,把量子概念应用于原子系统,提出三个基本假设,使氢光谱规律获得很好的解释。三. 玻尔氢原子理论 h EE nk||??? 2. 跃迁假设 n kE E 1. 定态假设原子从一个定态跃迁到另一定态, 会发射或吸收一个光子,频率稳定状态?这些定态的能量不连续?不辐射电磁波?电子作圆周运动 v v ? r 向心力是库仑力 2 20 2π4 1r er m?? v π2 hnrmL??v 由上两式得, 第n个定态的轨道半径为?,3,2,1)π( 1 22 20 2???nrn me hnr n? r 2 =4 r 1r 2 =9 r 1 3. 角动量量子化假设 nm 0529 .0 1?r 轨道角动量玻尔半径定态能量认为:氢原子的能量=电子的动能+电势能在量子数为 n的定态 22 1 nk mv E?r vmr eF e 22 204 1????? nnr vmr e 22 204 1???? nr e mv 0 224 ???? n kr eE 0 28 ????设电子在无穷远处的静电势能为零,则 n pr eE 0 24 ???? pkEEE??? nnr er e 0 20 248 ?????? nr e 0 28 ???? 10 228 1r en ???? 2 12 20 428 1n Eh me n ???????????? 基态能级的能量, ev h me 8 1 2 20 41?????? 可见原子系统的能量是不连续的,即能量量子化,这种量子化的能量值称为能级。 n =1 ,E 1 =- ev, n =2,3,4 …… E n>E 1n??,r n??,E n?0能级趋于连续,原子趋于电离,电子脱离核束缚称为自由电子 E >0 氢原子的最低能级,即基态能级原子最稳定受基态,随 n的增大, E n也增大,能量间隔减小原子处于电离状态,能量可连续变化电离能:使原子或分子电离所需的能量称为电离能。例:计算处于基态的氢原子的电离能解:使氢原子电离所需要的能量,就是把氢原子中处于基态(n =1) 的电子移到无穷远处(n??)所需要的能量由氢原子能级公式: ??????????????22 4 18 0h me EEE?电离 ev 10 10 17 .210 17 .2 19 18 18????????? E n ( eV ) 氢原子能级图莱曼系巴耳末系帕邢系布拉开系- - - 02 1n EE n?h EE kn nk???光频 n = 1 n = 2 n = 3 n = 4 n = 5 n = 6