无机原子结构

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1、§8.1氢原子结构§8.2多电子原子结构§8.3元素周期律第八章原子结构一、氢原子光谱与Bohr理论§8.1氢原子结构五、氢原子的激发态四、氢原子的基态三、SchrÖdinger方程与量子数二、电子的波粒二象性1.光和电磁辐射一、氢原子光谱与Bohr理论红橙黄绿青蓝紫2.氢原子光谱HαHβHγHδ不连续光谱,即线状光谱。其频率具有一定的规律。n=3,4,5,6式中2，n，3.289×1015各代表什么意义？氢原子光谱特征：为了解释氢原子光谱，许多科学家进行了不懈的努力。首先是瑞士的中学物理教师巴尔麦(J.J.Balmer)

2、于1885年发现，这四条谱线的频率符合下列公式：接着又有几为科学家相继研究了氢原子光谱。如Lyman、Paschen、Brechett等，提出了与巴尔麦公式类似的公式。到了1913年，瑞典物理学家里德伯（J.R.Ryderg）对研究结果进行了总结，提出了一个普遍的公式：式中为n1、n2为正整数，且n2＞n1n=3红（Hα）n=4青（Hβ）n=5蓝紫（Hγ）n=6紫（Hδ）根据Balmer公式得到Balmer线系3.能量量子化的提出能量的量子化是建立在前人对光的研究基础上的。在光的研究中有两个人的贡献很大，他们的研究为后来电

3、子运动的研究奠定了Plank的量子论PlanckEinstein1900年普朗克提出量子论，试图解释氢原子光谱为何不连续的问题。他认为,物体只能按hν的整数倍(例如1,2,3等)一份一份地吸收或释出光能,而不可能是0.5,1.6,2.3等任何非整数倍。这就是说光的能量是不连续的。即所谓能量量子化的概念。每一个能量子的能量为：E=hν基础,这就是Planck和Einstein。1905年，Einstein运用Planck的量子论成功地解释了光电效应，同时提出了光子学说，他认为，光是具有粒子特征的光子所组成，每一个光子的能量E

4、=hν。受Planck和Einstein的启发，卢瑟福(Rutherford)于1911年在研究氢原子结构时提出了核外电子运动的天体模型，即氢原子核外电子的运动就象地球绕太阳旋转一样。电子在旋转过程中不断辐射能量，于是就产生了氢原子光谱。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副令人生疑的图象。Anunsatisfactoryatomicmodel根据当时的物理学概念，带电微粒在力场中运动时总要产生电磁辐射并逐渐失去能量，从而使运动着的电子的轨道会越来越小，最终将与原子核

5、相撞并导致原子的毁灭，这与科学实际不符。4.Bohr理论三点假设：①核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动,且不辐射能量；②通常，电子处在离核最近的轨道上，能量最低——基态；原子获得能量后，电子被激发到高能量轨道上，原子处于激发态；③从激发态回到基态释放光能，光的频率取决于轨道间的能量差。E：轨道能量h：Planck常数根据这三点假设，Bohr引入了量子化条件获得三点成功：①成功地解释了氢原子光谱的产生和不连续性；②提出了能级、基态和激发态等概念，并应用经典力学的理论计算了轨道的能量和半径，为后来的原子结构研究奠定了基

6、础；③将宏观的光谱现象和微观的原子内部电子分层结构联系起来；随着研究的不断深入，人们发现Bohr理论存在着两大的缺陷：①不能解释氢原子光谱的精细结构；②不能解释H2分子形成时电子相互排斥的问题。Bohr理论为什么出现这样的问题？经过仔细研究发现，Bohr理论产生缺陷的原因是他没有摆脱经典力学的束缚，没有认识到微观粒子的运动不服从经典力学的规律，而是具有微观粒子特有的规律—波粒二象性。那么什么是波粒二象性呢？二、电子运动的波粒二象性关于微观粒子的波粒二象性最先也是起源于对光的研究。17~18世纪，人们关于光是波还是粒子争论了

7、很长时间，直到19世纪发现了光的干涉和衍射现象后，麦克斯韦证明了光是一种电磁波。但对于光的另外一些现象，如折射和反射现象又无法用光的波动说来解释。此时Einstein在研究光电效应时提出了光子学说，确立了光的粒子性。基于光的干涉和衍射以及折射和反射的实验事实，人们认识到，光不仅具有波动性而且也具有粒子性。这就是光的波粒二象性。受光的波粒二象性的启发，法国物理学家德布罗意(L.deBroglie)于1924年进行了大胆的预言，他认为：既然光具有波粒二象性，那么象电子这样的微观粒子也应具有波粒二象性，并提出了德布罗意关系式，即

8、质量为m，运动速度为υ的粒子，相应的波长为：λ=h/mυ=h/pp为动量h=6.626×10-34J·s，Plank常量。关于电子的粒子性在当时已无争议，但电子的运动是否具有波动性呢?尚无人证实。1927年，Davissson和Germer应用Ni晶体进行电子衍射实验，证实电子具有波动性。1、SchrÖ