4 原子和分子
原子和分子有什么区别
原子和分子有什么区别原子和分子是物质世界中最基本的概念，在化学中扮演着重要的角色。
尽管它们都是构成物质的微观粒子，但是它们之间存在着一些区别。
本文将详细探讨原子和分子之间的区别。
1. 定义和组成原子是物质的最小单位，由一个或多个质子、中子和电子组成。
所有的元素都由原子构成，其特定的原子序数决定了其在周期表中的位置。
分子是由两个或多个原子通过化学键连接而成的结构。
分子可以是由相同类型的原子组成的，也可以是由不同类型的原子组成的。
不同类型的原子组合在一起形成化合物分子，例如水分子（H2O）由两个氢原子和一个氧原子组成。
2. 结构和稳定性原子是化学反应的基础单位，具有固定的原子序数和特定的化学性质。
它们通常以球形的形式存在，由核（质子和中子）和电子云组成。
原子的质量主要集中在核内，而电子云则环绕着核。
分子具有一定的结构，原子通过共享或转移电子来形成不同类型的化学键。
分子的结构可以是线性、平面或立体的，取决于原子之间的连接方式。
分子的稳定性取决于化学键的强度和结构的稳定性。
3. 数量表示原子不能被分割或进一步细分，因此在化学计量中，通常使用摩尔来表示物质的量。
摩尔是物质的数量单位，其中一个摩尔的物质约含有6.022 × 10^23个粒子（阿伏伽德罗常数）。
分子是物质中最小的可自由存在的单位，可以单独存在，也可以作为化合物的一部分存在。
在化学方程式中，通常使用分子来表示物质的量，并使用相应的化学式表示其组成。
4. 物质状态原子可以以不同的物质状态存在，包括固体、液体和气体。
例如，在常温下，氧原子以双原子气体（O2）的形式存在。
分子的物质状态取决于组成它们的原子的物质状态。
根据分子之间的相互作用力，分子可以以固体、液体或气体的形式存在。
5. 化学性质原子的化学性质取决于其电子结构和原子序数。
不同类型的原子具有不同的化学性质和反应特性。
例如，氧原子（O）倾向于与其他元素形成氧化物。
分子的化学性质取决于组成它们的原子之间的化学键类型和强度。
原子与分子的结构
原子与分子的结构原子和分子是构成物质的基本单位，它们的结构对物质的性质和行为起着重要的决定性作用。
本文将从原子和分子的组成以及结构的角度来探讨原子与分子的结构。
一、原子的结构原子是物质的最小单位，由原子核和电子组成。
原子核位于原子的中心，由质子和中子组成，而电子则围绕原子核运动。
1. 原子核原子核由质子和中子组成。
质子带正电荷，中子不带电荷。
质子和中子的质量几乎相同，都远大于电子的质量。
2. 电子电子是负电荷的基本粒子，质量很小。
电子围绕原子核以轨道运动，形成电子云。
电子云的轨道可以分为不同能级，每个能级可以容纳一定数量的电子。
二、分子的结构分子是由两个或多个原子通过化学键连接在一起形成的。
分子的结构包括原子的排列方式以及化学键的类型和角度。
1. 原子排列分子中原子的排列方式决定了分子的种类和性质。
不同原子可以通过共价键、离子键或金属键连接在一起形成分子。
2. 化学键化学键是原子之间的相互作用力，包括共价键、离子键和金属键。
- 共价键是通过原子间的电子共享形成的。
共价键可以分为单键、双键、三键等，共享的电子越多，化学键越强。
- 离子键是由带正电荷的离子和带负电荷的离子之间的电荷吸引力形成的。
离子键通常存在于正负离子化合物中。
- 金属键是金属原子间的电子云形成的。
金属键的特点是电子自由移动，使得金属具有良好的导电性和热传导性。
三、原子与分子间的相互作用原子和分子间存在着相互作用，这些相互作用对物质的性质和行为有着重要的影响。
1. 范德华力范德华力是分子间的吸引力，是由于分子之间的瞬时或短时极化而产生的。
范德华力对于非极性分子尤为重要，它影响着分子的状态、相变和溶解度等性质。
2. 氢键氢键是一种特殊的化学键，它是由于分子中氢原子与较电负的原子（如氧、氮、氟）之间的吸引作用形成的。
氢键在生物分子的结构和功能中起着重要的作用。
3. 离子间相互作用离子间相互作用是来自带电离子间的相互吸引力和排斥力。
离子间相互作用决定了离子晶体的结构和性质，也影响了溶液的电导性和溶解度等。
原子结构知识：原子与分子的相互作用
原子结构知识：原子与分子的相互作用原子是构成所有物质的基本单位，它们通过相互作用构成了分子和化合物。
而分子与原子之间的相互作用则是决定物质性质的关键。
在本文中，我们将探讨原子结构的知识，特别是原子与分子之间相互作用的机制。
一、原子的基本结构在我们探讨原子与分子的相互作用前，我们首先需要了解一个基本的知识点：原子的基本结构。
原子由一个或多个电子绕着中心的原子核旋转而成。
原子核由质子和中子组成，而电子带有负电荷。
当电子绕着原子核旋转时，它们存在于不同的轨道（也称为能级）中。
能级越高的电子离原子核越远，同时它们的能量也越高。
当原子吸收或放出能量时，电子会从一个能级跃迁到另一个能级上。
二、分子的构成和基本性质分子是由两个或更多原子结合而成的，它们通过化学键（也称为共价键、离子键或金属键）连接在一起。
不同的分子之间可能存在不同类型的化学键。
一个分子的性质取决于它的成分。
例如，分子的大小和形状可能会影响它们的化学性质，以及它们在化学反应中所扮演的角色。
此外，分子之间也可以通过相互作用而产生各种各样的性质，例如极性、溶剂力和表面张力。
三、分子和原子之间的相互作用分子和原子之间的相互作用是决定化学反应和物质性质的关键因素之一。
在这一部分，我们将讨论几种原子和分子之间可能存在的相互作用。
1.范德华力范德华力是由两个非极性分子之间的短程吸引力和短程排斥力所组成的。
这种力是距离的函数，并且它的强度随着距离的增加而减弱。
而原子间的范德华力则是由两个带有电荷分布的原子之间的相互作用所组成的。
它们在吸引和排斥两个极端之间变化，并且随着距离的增加而减弱。
2.静电相互作用静电相互作用是由于带电分子或原子之间的静电力所引起的。
当一个原子带有正电荷而另一个原子带有负电荷时，它们之间就会产生静电相互作用。
这种相互作用也可以存在于离子之间，其中离子之间的相互作用与带电原子间的相互作用类似。
3.氢键氢键是一种化学键，它通常在分子之间形成。
《分子和原子》教案
第三届全国“教学中的互联网搜索”优秀教案评选活动《分子和原子》宁夏吴忠市利通区汉渠学校杨再明一、教材分析1.教材的地位和作用分子和原子是人教版化学上册第三单元第二课题的内容，前一课题介绍水的组成，对水分子、氢分子、氧分子有一定的了解，这一课题将更进一步从微观的角度认识分子和原子，从本节课开始，学生将对微观世界有所了解，首先将认识物质的可分性——分子、原子的存在，然后通过认识分子和原子在化学变化中的不同变化来形成分子、原子的概念。
为后面将要学到的质量守恒定律，及化学方程式等做好了理论上的支持，本课题首先从学生熟悉的日常现象入手，提出问题，引导学生思考，然后，用简单的话语略作说明，确立物质是由分子和原子等微观粒子构成的观点，然后通过一系列的实验来说明这些构成物质的粒子的性质，进一步认识这些粒子，最后利用性质来解决生活中的现象，回归到学习科学的时效性。
为学生从微观上认识物质世界提供了支持。
2.教学目标分析（1）知识目标：认识物质是由分子、原子等微粒构成；认识分子、原子的概念和特性。
（2）能力目标：运用分子的知识解释某些日常现象，区分物理变化与化学变化，以及通过对物质及其变化的宏观现象与微观本质之间相互联系的分析推理，培养学生的想象能力和抽象思维能力。
（3）情感目标：通过对物质世界是运动的和分子的可分性与不可分性的认识，培养学生用辩证统一的观点思考问题的思想方法。
3.重点、难点分析学习重点：（1）认识物质的微粒性；（2）能用微粒的观点解释日常生活的问题。
学习难点：（1）形成物质的微粒性观点；（2）理解化学反应的实质。
二、教法分析分子、原子对于初三的学生来说，并不完全是陌生的，在小学自然、初中生物、物理课中都接触到分子和原子。
但是，分子、原子究竟是什么样的粒子，他们缺乏准确的内部表象。
由于分子、原子既看不见也摸不着，所以，学生要真正建立明晰的分子、原子概念是较为困难的。
针对教学内容的特点和学生的实际情况，主要采取以下几种方法进行教学：第一，情境激学。
人教版九年级化学上册 《分子和原子》思维导图课件
思维导图解读——分 子
(4)用分子的观点解释问题 ①用分子观点解释物理变化、化学变化 由分子构成的物质，发生物理变化时分子本身未变，发生化学变化时分子本身 发生了变化，生成了其他物质的分子。例如，水变成水蒸气，水分子本身没有变， 只是分子间的间隔变大，这是物理变化；水通直流电，生成了氢分子和氧分子， 水分子发生了变化，这是化学变化。 ②用分子的观点解释纯净物和混合物 由同种分子构成的物质是纯净物，如水是由水分子构成的，它的组成和性质是 固定的；混合物是由不同种分子构成的，如空气是由氮气分子、氧气分子等构成 的，它的组成不固定，混合物中各物质仍保持各自原来的性质。
或反应中各原子种类和数目未发生改变等)
典例精析
【解析】 从第一个图分析知：每一个碳酸分子是由一个碳原子、两个 氢原子和三个氧原子构成的；对比第一、第二个图可知，在此变化过程中 体现了化学变化的本质，即一个碳酸分子分解成一个碳原子、两个氢原子 和三个氧原子，分子可以再分，而原子在化学变化中不可再分，是化学变 化中的最小粒子；第二、第三个图说明，原子可重新结合成分子，两个氢 原子和一个氧原子结合成一个水分子，两个氧原子和一个碳原子结合成一 个二氧化碳分子。
谢谢观看
思维导图解读——分 子
【注意】①分子只能保持物质的化学性质，但不能保持物理性质；物质 的物理性质(如：颜色、状态等)需要大量的集合体一起来共同体现，单个 分子无法体现物质的物理性质。例如，水和冰都是由水分子构成的，化学 性质相同，但物理性质不同，水是液态，冰是固态。
②分子是保持物质化学性质的“最小粒子”，不是“唯一”粒子，如构 成金刚石的“最小”粒子是碳原子。
典例精析
【例3】氧化汞受热时的变化可用下图表示(图中大圆圈表示汞原子，小圆圈 表示氧原子)，下列根据图得出的结论错误的是 ( D )
分子与原子的关系
分子与原子的关系分子与原子是化学中两个重要的概念，它们之间有着密不可分的关系。
本文将从分子和原子的定义、性质、相互转化等方面展开，探讨它们之间的关系。
一、分子和原子的定义分子是由两个或两个以上原子通过化学键结合而成的，具有一定的稳定性和独立性的物质单位。
原子是构成物质的最小粒子，具有化学性质和物理性质。
二、分子和原子的性质1. 分子的性质（1）分子具有一定的稳定性和独立性，可以在一定条件下存在。
（2）分子的性质与其组成原子的种类、数量、结合方式等有关。
（3）分子的化学性质主要表现为分子间的相互作用，如化学键的形成、断裂等。
2. 原子的性质（1）原子是构成物质的最小粒子，具有化学性质和物理性质。
（2）原子的性质与其原子序数、电子结构等有关。
（3）原子的化学性质主要表现为原子间的相互作用，如电子的转移、共用等。
三、分子与原子的相互转化1. 分子的形成分子的形成是由两个或两个以上原子通过化学键结合而成的。
分子的形成需要满足一定的条件，如原子间的电子互相吸引，能量足够等。
2. 分子的分解分子的分解是指分子内部化学键的断裂，使分子分解为原子或离子。
分子的分解需要满足一定的条件，如能量的输入、化学反应等。
3. 原子的组合原子的组合是指两个或两个以上原子通过化学键结合而成的分子。
原子的组合需要满足一定的条件，如原子间的电子互相吸引，能量足够等。
4. 原子的分离原子的分离是指分子内部化学键的断裂，使分子分解为原子或离子。
原子的分离需要满足一定的条件，如能量的输入、化学反应等。
四、分子与原子的关系分子和原子是密不可分的关系，它们之间相互转化，相互影响。
分子是由原子组成的，原子通过化学键结合而成分子。
分子的性质与其组成原子的种类、数量、结合方式等有关。
原子的性质与其原子序数、电子结构等有关。
分子和原子之间的相互转化是化学反应的基础，化学反应的过程就是分子和原子之间的相互转化过程。
总之，分子和原子是化学中两个重要的概念，它们之间有着密不可分的关系。
《分子和原子》说课
浓氨水与酚酞溶液的实验
• 【动画模拟】氨分子运动扩散接触到酚酞， 使酚酞溶液变红。
【提问】品红为什么在热水中扩散得快一些？ 水受热时为什么蒸发速度加快？这些现象 说明分子运动的快慢受到什么因素的影响？
分子的运动速率受到温度的影 响，温度越高，分子的运动速 率越快。
【活动探究二】构成物质的分子间是否有空隙 【演示实验】 1+1是否一定等于2？
【引入主题】
【展示】苯分子、硅原子的图像 【提问】请同学们想一想，经过老师的介绍， 你觉得分子、原子是一种怎样的粒子？ 【播放水分子的自述】
二、分子的基本性质
1.分子很小
实验探究
【活动探究一】构成物质的分子会不会运动
【演示实验】
浓氨水
酚酞溶液
氨水与酚酞溶液反应
【分组探究】
【装置改进】 • 1、改进方案：用医用小药瓶代替小烧杯，一次性塑料杯 代替大烧杯进行实验。 • 2、改进意义： （1）本实验设计进一步体现了“绿色化学”新课程理念。 实验材料易得，既廉价又可反复使用。浓氨水和酚酞试液 的用量很少，节省了实验用品，节约了经费，适于农村学 校的实际。 （2）实验过程中避免了氨气对学生的刺激，将污染降到最 低。 （3）实验装置简单、操作简便、实验现象明显、实验用时 短，利于实验结论得出，可提高课堂教学效率。
2.教学目标分析
知识与技能： • （1）认识物质是由分子、原子等微小粒子构成的； • （2）运用分子、原子的观点解释一些生活和实验现 象； 过程与方法： • （1）学习通过观察生活、实验探究等方法获取信息； • （2）学习运用比较、分析、归纳等方法对实验所得 信息进行加工，能在教室的指导和他人的合作下完 成简单的探究实验； • （3）认识科学探究的基本过程和一般方法，体验探 究活动的乐趣。
原子与分子的组成
原子与分子的组成原子与分子是构成物质的基本单位，它们在化学和物理领域中起着至关重要的作用。
本文将探讨原子和分子的组成以及它们之间的关系。
一、原子的组成原子是物质的最小单元，由电子、质子和中子组成。
电子是带负电荷的基本粒子，质子带正电荷，中子是中性的。
原子的核心由质子和中子组成，而电子则围绕着核心运动。
质子的质量比电子大约1800倍，中子的质量与质子相当。
在原子中，质子的数目决定了元素的原子序数（也称为原子序）。
例如，氢原子只有一个质子，原子序数为1，而氧原子有8个质子，原子序数为8。
中子的数目可以不同，从而形成同一元素的同位素。
例如，氧原子主要有8个中子，但也存在着氧-18和氧-16等同位素。
二、分子的组成分子是由两个或更多原子结合而成的，它们通过化学键连接在一起。
当两个原子通过共享电子形成化学键时，形成的分子称为共价分子。
例如，氧气分子（O2）由两个氧原子通过共价键结合而成。
在这种共价键中，原子共享其外层电子，以达到更稳定的电子构型。
除了共价键之外，还存在离子键和金属键等其他类型的化学键。
离子键是由正负电荷之间的相互吸引力形成的，如氯化钠（NaCl）中的钠离子和氯离子之间的键。
金属键是金属原子通过共享其自由电子而形成的，从而形成金属的晶体结构。
三、原子与分子的关系原子是构成分子的基本单位。
分子由原子通过共价键或其他键结合而成。
不同类型的原子可以组合成不同类型的分子，从而形成不同的化合物。
例如，水分子由两个氢原子和一个氧原子组成。
分子还可以是由相同类型的原子组成的，称为单质分子。
例如，氧气分子和氮气分子都是由相同类型的原子结合而成。
总结：原子和分子是构成物质的基本单位。
原子由电子、质子和中子组成，而分子是由两个或多个原子通过化学键结合而成。
理解原子和分子的组成对于我们理解物质的特性和化学反应的过程具有重要意义。
分子的立体结构
2、用价层电子对互斥理论推测下列分子的空 间构型： （1）BeCl2 (2)NH3 (3)H2O (4)PCl3 (1)直线形（2）三角锥形（3）V形（4）三角形
3、在BF3、BeF3分子中B、Be原子各用哪几个 原子轨道杂化？形成什么类型的杂化轨道？
B原子参与杂化的原子轨道是一个2s和两个2p, 形成三个sp2杂化轨道；Be原子参与杂化的原子 轨道是一个2s和一个2p，形成两个sp杂化轨道。
sp杂化
sp2杂化
sp杂化和sp2杂化
sp3杂化
5、几种常见分子的中心原子的杂化轨道 类型 sp杂化： BeCl2、CO2 sp2杂化： CH2O、SO2 sp3杂化： NH3、NH4-、H2O
6、杂化轨道只用于形成键或者用来容纳未参与 成键的孤对电子，未参与杂化的p轨道，可用于 形成键。
1、配位键：
在四水合铜离子中，铜离子与水分子之间的化学键 是由水分子提供孤对电子对给予铜离子，铜离子接 受水分子的孤对电子形成的，这类“电子对给予与 接受键”被称为配位键。
2、配位化合物： 金属离子（或原子）与某些分子或离子（称为 配位体）以配位键结合形成的化合物。
向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水， 首先形成难溶物，继续添加氨水难溶物 溶解，得到深蓝色的透明溶液；若加入 极性较小的溶剂（如乙醇），将析出深 蓝色晶体。
2、鲍林的“杂化轨道”理论的主要内容是：
当原子形成分子时，它的电子轨道因为受到 其它原子的影响会有所改变，可以把原来的 不同轨道混合起来，组成新的轨道，使其成 键能力增强，从而使所形成的分子更稳定。
3、杂化轨道的过程
杂化轨道认为在形成分子时，通常在激发、杂化和 轨道重叠等过程。如CH4分子的形成过程：碳原子 2s轨道中1个电子吸收能量跃迁到2p空轨道上，这 个过程称为激发，但此时各个轨道的能量并不完全 相同，于是1个2s轨道和3个2p轨道“混合”起来， 形成能量相等、成分相同的4个sp3杂化轨道，然后 4个sp3杂化轨道上的电子间相互排斥，使四个杂化 轨道指向空间距离最远的正四面体的四个顶点，碳 原子的4个sp3杂化轨道分别与4个H原子的1s轨道形 成4个相同的键，从而形成CH4分子。由于C－H键 完全相同，所以形成的CH4分子为正四面体形，键 角是109°28’。
九年级化学分子和原子4
组成——元素
化合物
表示符号——元素符号
质子（质子数=核电荷数） 原子核
结构
中子
原子
核外电子（质子数=核外电子数）
表示符号——元素符号
结构
相对质量——原子量 由原子构成
分子 表示符号——化学式 相对质量——式量
办公家具设计四点原则
一件办公家具的好与坏，往往决定于这件办公家具的设计师。当设计师设计一件办公家具时，会有着四个主要的目标。你或许没有了解过它们，但是它们却是办公家具设计过程不可或缺的重要组 这四个目标就是功能、舒适、耐久、美观。尽管这些对于办公家具厂制造行业来说是最基本的要求，然而却值得人们不断深入地研究。
办公家具设计最重要的是“以人舒适为本” 幼小衔接班加盟
混合物
物质
纯净物
单质 化合物
氧化物
酸 碱 盐
四点原则 1.是否实用 一件办公家具的功能是相当重要的，它必须能够体现出本身存在的价值。假若是一把椅子，它就必须能够做到使你的臀部避免接触到地面。若是一张床，它一定可以让你坐在上面，也能够让你躺 实用功能的涵义就是家具要包含通常可以接受的已被限定的目的。人们把太多的精力花费在办公家具的艺术装饰上。 2.是否舒适 一件办公家具不仅得具备它应有的功能，而且还必须具有相当的舒适度。一块石头能够让你不需要直接坐在地面上，但是它既不舒服也不方便，然而椅子恰恰相反。你要想一整晚能好好的躺在床 床就必须具备足够的高度、强度与舒适度来保证这一点。一张咖啡桌的高度必须作到使他在端茶或咖啡给客人的时候相当便利，但是这样的高度对于就餐来说却又相当不舒服了。 3.能否持久耐用 一件办公家具应该能够长久地被使用，办公家具使用寿命也是不尽相同的，因为这个同他们的主要功用息息相关。例如，休闲椅与野外餐桌都是户外家具，他们并不被期望于能够耐用得如同抽屉 不可能与你希望可以留给子孙的灯台相提并论。 耐久性经常被人们当作是质量的唯一体现。然而，实际上一件办公家具的质量跟设计中各个目标的完美体现都是息息相关的，它包括接下来就即将提及的另外一个目标：美观。若是一件尽管做的 牢靠但是外型十分难看，或者坐在它上面极为不舒服的椅子，也不是高质量的椅子。 4.能否吸引人 在现在的手工店铺里，办公家具外型是否吸引人是一个分辨熟练工人与老板的重要因素。通过一段努力训练，熟练工人可以懂得该如何去完成之前提及的三个目标。他们已经明白该如何让一家办 够具备他应有的功能以及作到舒适与耐用。 注意事项
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e
h kT
热平衡的辐射场能量密度与黑体辐射相同，由此可导出三个 爱因斯坦系数之间的关系 8hv 3 B1 2 B2 1, A2 1 B2 1 3 c
A2 1 N1 1 e kT 自发辐射概率与受激辐射概率之比 R B2 1 N 2
自发辐射占绝对优势，受激吸收远大于受激辐射
B 磁矩所受的合力为 F z
设原子以速度v、垂直磁场 穿越的距离为L，于是原子 在 z 方向的偏转为
1 2 1 F L 1 B L s at 2 2 m v 2m z v
2 2
电子的磁矩取值连续，偏转连续；取值量子化，偏转量子化
r 0.1nm
r 0.1nm
电子在原子分子内运动的动量 p p r p2 ( p ) 2 4eV 电子的动能 Ek 2me 2me
当外界扰动的能量小于此能量台阶时，原子就是一个不可分割 的整体，具有很强的同一性和稳定性。 化学 量子化学 量子力学
3
4.2 氢原子的能级和波函数
对单电子态的描述 s、p、d、f、g、h… 对应轨道角动量量子数
l 0, 1, 2, 3, 4, 5
单电子态标记为n2s+1lj，如3p1/2
27
对于包含一个或 多个电子的原子态
原子态标记为n2S+1Lj， n：主量子数 L：总轨道角动量 S：总自旋 j：总角动量 如32P1/2，32D5/2
激光是单色的相干光束 激光全息、激光测长、激光干涉、激光信息传输
34
光的自发辐射，受激辐射和受激吸收
辐射的受激辐射的光放大
原子从一个定态跃迁到另一个定态可发生三种过程 自发辐射、受激辐射和受激吸收
受激吸收 自发辐射 受激辐射
35
处于高能态E2的原子数为N2，处于低能态E1的原子数为N1
（1）自发辐射
氢原子是最简单的原子，量子力学可以严格解出氢原子的能级 和波函数，从中可以看出微观世界的一些典型特征。
e2 氢原子中的电子在核电场中运动，其电势能为 U 4 0 r 1
势能不显含时间，从定态薛定谔方程可解出氢原子的能级和波函数
2 2 1 e2 (r ) (r ) E (r ) 2me 4 0 r
8
r
Y0 0
2
粒子概率分布随角度的变化|Ylm|2，与φ角无关
Y1 0
2
Y1 1
2
Y2 0
2
Y2 1
2
Y2 2
2
Y3 0
2
Y3 1
2
Y3 2
2
Y3 3
2
9
径向波函数用 nl 标记，l = 0，1，2，分别用 s，p，d表示 径向波函数的节点数为 n l 1 圆轨道：节点数为零的态
rn n 2 aB 极大值对应玻尔半径
28
电子具有自旋，原子中电子态用四个量子数来描述：n，l，m，ms 原子中的电子，按主量子数 n 的不同，分成不同的壳层， 具有相同主量子数 n 的电子处于同一壳层中。 在一个壳层中，对不同的角量子数 l 又可分为不同的支壳层， 同一个支壳层的量子数 n 和 l 相同。 每个支壳层的电子态数 2(2l 1) 每个大壳层的电子态数
频率为的辐射场的能量密度
受激辐射属于相干辐射
36
（3）受激吸收 N12 B12 N1t B12 受激吸收概率，它表示在单位时间内， 受激吸收的原子数占低能态原子数的百分比 在局域热平衡条件下，三种过程达到平衡 B12 N1 A21N2 B21 N2
N2 在热平衡条件下，原子数的分布遵从玻尔兹曼分布 e N1 E2 E1 kT
这些光谱线的分裂现象，表明原子的能级存在精细的分裂，说明 原子中必定存在一种原先未曾考虑的相互作用——电子自旋
George E. Uhlenbeck (1900-1988)
Samuel Abraham Goudsmit (1902-1978)
1925年乌伦贝克和古兹密特提出电子自旋概念， 根据光谱的资料分析，推测自旋量子数为1/2
r 2 2r 2r 2 3 a 1 e n 3, R3 0 2 3/ 2 3 3a 3a 27 a
r
8 r r 3a R3 1 1 e 3/ 2 27 6a a 6a
r
4 r 2 3a R3 2 e 2 3/ 2 81 30 a a
分子的内部运动
分子由原子组成 原子由电子和原子核组成
分子的运动包括： 电子的运动 原子相对原子质心的振动 原子相对质心的转动
咖啡因分子
在化学反应中，只有价电子参与， 内层电子和原子核形成原子实。
41
分子内部三种运动的能量量级
（1）电子运动的能量 Ee 分子的大小 ~ 1Å 2 2 p ~ 2 4eV p 根据海森伯不确定度关系 Ee ~
h
在室温和可见光波段 T 300 , v 51014 Hz R e80 1035 K
37
激光原理
激光器由三部分组成：工作介质、激励能源和谐振腔
（1）粒子数反转
38
（2）谐振腔的作用
选择特定方向的辐射加以放大 形成同频、同相、同偏振态、同传播方向的光输出
39
40
4.6 分子的能级和分子光谱
30
原子的壳层结构
电子填布原子中的各个量子态 遵循两个基本原理： 泡利不相容原理 能量最低原理
31
每一周期从填充 s 支壳层开始， 到填满 p 支壳层结束（第一周期除外） 开始填充 s 支壳层， 化学性质最活泼——碱金属原子
填满 p 支壳层，构成满壳层， 化学性质最稳定——惰性元素 电子填充3d，4d态的元素是过渡元素 电子填充4f，5f态的元素是镧系和锕系， 它们的性质极为相近
4 原子和分子
1
4.1 概述
量子物理揭示出物质世界可分为几个层次 原子分子层次 原子核层次 粒子层次 不同层次具有不同的能量台阶 如原子分子层次的能量台阶为eV量级，原子核层次为MeV量级。 原子物理是进入微观领域的第一个层次
2
原子分子层次的能量台阶为eV量级
由不确定度关系估算原子分子的能量台阶 原子分子系统的尺度
7
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
氢原子最低几条能级的归一化径向波函数
n 1, R1 0
2 a
3/ 2
e
r a
2 r 2a n 2, R2 0 1 e 3/ 2 2a 2a
r
Rn l (r )2 r 2 dr 1 0
2 r 2a R2 1 e 3/ 2 2 6a a
25
原子半径随原子序数的变化
26
原子中电子状态的描述及可能的状态数
早期光谱学用来标记光谱项的符号，也用来标记原子能级和电子态, 这套符号后来也应用于分子、原子核和粒子。 碱金属原子的光谱一般可观测到四个线系： 锐线系、主线系、漫线系和基线系。
sharp, principal, diffuse and fundamental
17
钠黄光双线的形成 电子的轨道角动量和自旋都带有一定的磁矩，它们相互作用， 只有平行和反平行两个取向，两个组态的结合能有微小的差异， 从而形成谱线的精细结构。
电子轨道角动量 l 与自旋 s 耦合， 形成总角动量 j = |l±s|，轨道角动量 不为零的能级分裂成两个能级。 此时，能级对磁量子数mj仍是简并的。
32
4.5 激光原理
激光的特性及应用
（1）方向性好、亮度高 激光器输出光束的发散角极小，为 1' 量级 普通功率为10mW的氦氖激光器的亮度比太阳亮度大几千倍 （2）单色性好 相干长度从几十厘米到几十千米 （3）空间相干性好
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激光的特性又可概括为两方面
激光是定向的强光光束 激光通讯、激光测距、激光定向、激光切削、 激光手术、激光武器、激光受控热核反应引爆
2(2l 1) 2n 2
l 0
n 1
在自旋轨道耦合的情况下，电子态用n，l，j，mj四个量子数描述
1 1 2 l 1 2 l 1 2(2l 1) 2 2
电子态用不同的量子数描述，电子态数相同
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泡利原理
d 2 2 m 2 0 d d m2 1 d , 式中 m, 是常数 sin 2 0 d sin sin d 1 d 2 dR 2me e2 2 R 0 r 2 E 2 r dr dr 4 0 r r
在能量E < 0的情况下，可解出方程满足标准条件 (单值、有限、连续)的非零解，由此得到三个量子数 n、l、m
5
确定氢原子定态波函数的三个量子数n、l、m （1）主量子数 n
me e 4 1 En , n 1, 2, 3, 2 2 2 2(4 0 ) n
（2）角量子数 l 氢原子系统的轨道角动量 p l (l 1) （3）磁量子数 m 对于一个确定的 l 值，m = l ， l 1，…，0， … ， l ， 氢原子系统的轨道角动量的 z 分量 pz m
N 自1 A2 1N 2 t 2
A21自发辐射概率，它表示在单位时间内， 自发辐射的原子数占高能态原子数的百分比 自发辐射属于非相干辐射，辐射的相位、 偏振方向、传播方向都有随机性
受 （2）受激辐射 N 2 1 B2 1 N 2 t
B21 受激辐射概率，它表示在单位时间内， 受激辐射的原子数占高能态原子数的百分比
21
在电子自旋提出以前，1922年施特恩-格拉赫完成了一个重要实验
实 验 装 置 及 结 果