第2章-原子结构 近代化学导论课件

(2)氢原子光谱（1883）
氢原子光谱特征：
◆ 氢原子光谱是不连续的线状光谱，从红外 到紫外区呈现多条具有特征波长的谱线。
◆ 从长波（红外区）到短波（紫外区），谱线 间的距离越来越小，表明n 值越来越大，波长 越来越短，频率越来越高，能量也越来越高。
为什么原子光谱是线状的呢？
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● 处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核较近的轨道 上，这时会以光子形式释放出光能，光的频率决定于两条 轨道之间的能量之差：
E2 E1
h
式中E2为电子处于激发态时的能量；E1为电子处于低能级时的能量；ν 为光的频率；h为普朗克常量;
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(5)玻尔假说（玻尔理论，1913）
(2)氢原子光谱（1883）
线状光谱
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(2)氢原子光谱（1883）
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(2)氢原子光谱（1883）
1913年，瑞典物理学家里德伯（Rydberg）仔细地 测定了氢原子光谱可见光区各谱线的频率，找出了各谱 线之间实验规律性关系的公式，即里德伯公式：
从距核最近的一条轨道算起, n值分别等于1,2,3,4, 5,6,7,根据假定条件算得n=1时允许轨道的半径为52.9pm,
这就是著名的玻尔半径。
不连续性只有在微观世界里才有意义
氢原子光谱的不连续性就是量子化的
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(4)爱因斯坦的光子学说（1905）
1887年人们发现了光电效应,说明了光的粒子性。
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(4)爱因斯坦的光子学说（1905）
爱因斯坦通过对光电效应的研究， 1905年提出光子学说，为量子论提供了 实验依据和理论基础。
第2章 原子结构
19世纪末物理学上的三大发现： X射线、放射性、电子
原子中的基本粒子:
原子
电子 原子核
质子 中子
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(1)卢瑟福的原子行星模型（1911）
英国物理学家卢瑟福根据 粒子 散射的实验，提出了原子行星模型：
玻尔根据经典力学原理和量子化条件，计算了电子运 动的轨道半径 r 和电子的能量 E，推求出氢原子核外电子 运动的轨道半径和能量：
当 n=1 时， r1=12×52.9pm， E1= -1312.17/12 kJ·mol–1 n=2 时， r2=22×52.9pm， E2 = -1312.17/22 kJ·mol–1 n=3 时， r3=33 ×52.9pm， E3 = -1312.17/33 kJ·mol–1
● 所有原子中都有一个极小的核，即 原子核；
● 原子核几乎集中了原子全部的质量， 带有Z 个正电荷；
● 另有Z 个电子在原子核外像行星绕 着太阳旋转一样绕核运动；
卢瑟福 Ernest Rutherford
1871-1937
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(2)氢原子光谱（1883）
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1
R
(1 n12
1 n22
)
式中：λ为波长，
R为里德伯常量，其值为1.097×105cm–1， n1和n2为正整数，而且n2＞n1，n为1，2，3，4，……
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(2)氢原子光谱（1883）
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(2)氢原子光谱（1883）
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(4)爱因斯坦的光子学说（1905）
爱因斯坦用两个公式把表征光的波动性的物 理量(λ和ν)和表征光的粒子性的物理量(E和p)定 量地联系起来。光子能量E的大小与光的频率ν成 正比，光子动量p的大小与光的波长λ的倒数成正 比：
E =hν
p
=
h λ
式中：h为普朗克常量， v为光的频率，λ为光的波长。
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(5)玻尔假说（玻尔理论，1913）
丹麦物理学家玻尔将卢瑟福的原子 行星模型与普朗克量子论巧妙地结合， 提出了著名的玻尔假说:
● 原子中的电子只能在符合一定量子 化条件的固定的轨道上绕核运动；
电子在一个轨道中运动的角动量mvr 必须是
尼尔斯·玻尔
h 2的π 整倍数，即： m vr n h 2π
经典物理学中的一些物理量，如时间、速度、长度、 面积等的变化是连续的，没有一个最小单位，无限可分。
有些物理量的变化是有最小单位的，例如电荷量，电 荷量变化的最小单位是1个电子的电荷量，即1.602×10–19 C， 电荷量的改变不能小于1个电子的电荷量，只能是这个数的 整倍数来增减，这是不连续的意思。
N.Bohr ，1885-1962
式中m为电子的质量；v是电子运动的速度；r 是轨道的半径；
h 是普朗克常量；n 是量子数。这些符合量子化条件的轨道称
为稳定轨道，具有固定的能量E，电子在稳定轨道上运动时，不放出能量。
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(5)玻尔假说（玻尔理论，1913）
● 电子在离核越远的轨道上运动，其能量越大。通常电子 保持在能量最低的状态即基态，基态是最稳定的状态。当 原子从外界获得能量时，电子可以跃迁到离核较远的较高 能量的轨道上去，这时电子所处状态称为激发态。
(3)普朗克的量子论（1900）
德国物理学家普朗克， 第一个冲破经典物理学中能 量连续变化的框框，首先在 物理学中引入了“量子”的 概念，提出了著名的、当时 被誉为物理学上一次革命的 量子化理论。
普朗克
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(3)普朗克的量子论（1900）
爱因斯坦
A.Einstein ，1879-1955
光是由一群颗粒性的光子组成，光 子的能量与入射光的频率有关，当光子 与金属中的电子相碰撞时，就把它的全 部能量，即一个能量子转移给了电子。
所以，光子的能量越高（即波长越短），转移给电子的 能量也越高，电子的速度就越大。而光子的数目越多（即光 越强），释放出电子的数目也就越多。光电效应说明了光不 仅具有波动性，而且具有粒子性。