“原子结构和性质”的教学关键是要讲清原子结构的构造原理-论文.pdf.pdf

2013年第12期化学教育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3点是如此。问题出在第4点,尽管卢瑟福正确地认识到核外电子必须处于运动状态,但将电子与核的关系比作行星与太阳的关系,却是一幅令人生疑的图像。按经典电动力学,由于电子作圆周运动,一定会辐射电磁波,由于损失了能量,会在Ins时间内落入原子核与原子核相撞并导致原子毁灭,同时发射连续光谱。也就是说,理论上根本就不可能存在原子这种东西。但是原子的确存在,而且是稳定的,发射线状光谱,有大量的实验事实和整个化学的支持。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地。因此,这种模型也是一种失败的模型。 :① 1900年普朗克(,1858—1947)提出了表达光的能量(E)与频率(v)关系的方程, 即著名的普朗克方程(Plackequation):E一v; 普朗克认为,物体只能按 v的整数倍(例如1, 2,3等)一份一份地吸收或释出光能,,,。这就是所谓的能量量子化概念(quantizationofenergy)[6]。② 1905年,爱因斯坦(,1879—1955) 成功地解释了光电效应(photoelectriceffect),将能量量子化概念扩展到光本身。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1的能量叫光子(photon),一束光线就是一束光子流。一个光子的行为像一颗微粒那样与金属原子中的一个电子碰撞,并将其1的能量传给电子_7]。显然,只有该电子获得的能量足以使它从金属表面逸出的情况下,光电效应才能发生。③在前人研究完成了各光谱区的谱线系,总结出任何条谱线的波数(wavenumber)都满足一个简单的经验关系式下,认为氢的原子光谱是不连续的、线状的,是很有规律的;同时玻尔最了解他的老师卢瑟福的原子结构模型的缺点,从而提出了氢的原子结构模型[8叫¨。玻尔提出了关于固定轨道的概念、关于轨道能量量子化的概念、关于能量的吸收和发射的概念,解释了什么是电子的能量(ener- gY)、能层(shel1)、能级(1eve1),清楚地解释了氢的原子光谱,见图4,说明了氢原子的稳定性, 并计算了氢原子的电离能(ionizationenergy)。但是该模型不能解释氢原子光谱的精细结构、波粒二象性徽观被子运动的特殊1童■电子像行星绕羲太枣子只在一熙特定豹阳那样绕核运动固定轨道上绕核运动图4从卢瑟福原子绕核模型到玻尔氢原于模型不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂、不能解释多电子原子的光谱,所以它也只能是个过渡。原因在于玻尔用了处理宏观物体运动的方法(牛顿定律) 来处理微观微粒的运动,结果必然是错的。 [1] 薛定谔原子结构的波动力学模型建立的科学基础:①德国著名物理学家海森堡(, 1901—1976)认为不可能同时测得电子的精确位置和精确动量(不确定原理,uncertaintyprinci— pie)D3],或者说,位置测定得越准确,测得的动量就越不准确,反之亦然。它可以解释电子为什么不会落到原子核上去、为什么具有稳定基态、电子为什么不能静止和电子在