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第三章 原子结构 §3-1 原子核外电子运动状态 电子围绕原子核高速运转， 从最简单的原子氢光谱开始研究 1.氢原子光谱 （1）实验事实：当极少量的高纯氢气在高真空玻璃管中，加入高电压使之放电，管中发出光束，使这种光经过分光作用。在可见光区得到四条颜色不用的谱线，如下图所示，这种光谱叫做不连续光谱或线状光谱。所有的原子光谱都是线性光谱。 1.氢原子光谱 （2）实验总结： 1885年，瑞士一位中学物理教师J.J.Balmar(巴尔多)指出，上述谱线的频率符合下列公式： ν=3.289╳1015( )s-1 由此公式可算出： 当n＝3时，是Hα的频率 当n＝4时，是Hβ的频率 当n＝5时，是Hγ的频率 当n＝6时，是Hδ的频率 2.Bohr理论： 1913年，丹麦物理学家N.Bohr首次认识到氢原子光谱与结构之间的内在联系，并提出了氢原子结构模型。 并用经典的牛顿 力学推导了结论 2.Bohr理论： (1)Bohr的原子结构理论的三点假设 : 原子核外的电子只能在有确定的半径和能量的轨道上运动。 电子在这些轨道上运动时并不辐射能量。 在正常情况下，原子中的电子尽可能处在离核最近的轨道上。这时原子的能量最低，即原子处于基态。当原子受到辐射，加热或通电时获得能量后电子可能跃迁到离核较远的轨道上去。即电子被激发到高能量的轨道上，这时原子处于激发态。 处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核较近的轨道上，同时释放出光能。 光的频率ν＝ 式中：E1————离核较近的轨道的能量 E2————离核较远的轨道的能量 轨道 基态、激发态 引入量子数－n，1、2、3… 2.Bohr理论： Bohr在其三点假设的基础上，运用牛顿力学定律推算出下列关系式： r=a0n2 E=－ KJ.mol－1 ν=3.29╳1015( )s-1 (n1n2) 式中：r——氢原子轨道的半径，a0＝0.053纳米（玻尔半径） E——氢原子轨道的能量 ν——氢原子中电子由高能态跃迁到低能态时辐射光的平率 n——正整数（自然数，量子数）。 2.Bohr理论： 根据ν＝3.29╳1015( )s-1 在可见光区： 当n1＝2, n2＝3 为Hα谱线的频率 n2＝4 为Hβ谱线的频率 n2＝5 为Hγ谱线的频率 n2＝6 为Hδ谱线的频率 在红外光区： 当n1＝3,n2＝4，5，6，7有一组谱线 在紫外光区： 当n1＝3, n2＝2，3，4，5也有一组谱线 2.Bohr理论： （3）玻尔理论的贡献和局域性： 贡献： 成功的解释了氢原子光谱。 提出了主量子数n和能级的重要概念，为近代原子结构的发展作出一定的贡献。 局限性： 不能说明多电子原子光谱和氢原子光谱的精细结构； 不能说明化学键的本质。 2.Bohr理论： 产生局限性的原因： 把宏观的牛顿经典力学用于微观粒子的运动，没有认识到电子等微观粒子的运动必须遵循特有的运动规律和特征，即能量量子化.微观波粒二象性规律。 1.光的波粒二象性： （1）光的波动性： 1）光的干涉：指同样波长的光束在传播时，光波相互重叠而形成明暗相间的条纹的现象。 1.光的波粒二象性： （1）光的波动性： （2）光的衍射： 如右图所示，如果光是直线传播的，则只能如红线所示；而光的传播如黑线所示。因此说明光能绕过障碍物弯曲传播，即光能衍射。而光的干涉和衍射实波动才有的现象，即光具有波动性。 1.光的波粒二象性： （2）光的粒子性： 1905年，A．Ainstein（爱因斯坦）应用Planck量子论成功解释了光电效应，并提出了光子学说。他认为光是具有粒子特征的光子所组成，每一个电子的能量与光的频率成正比，即光子的能量E＝hνo由此可见具有特定频率ν的光的能量只能是光子能量E的整数倍nE（n为自然数）。而不能是1.1E，1.2E,2.3E……。这就是说，光的能量是量子化的。 1.光的波粒二象性： （3）光的波粒二象性： 由实验测定的，光的动量P与其波长λ成反比。 即P＝ （h——Planck常数：6.626╳10－24J.s） 此式表明了光具有波粒二象性。 2.电子的波粒二象性： （1） L．De Broglie(德布罗衣)预言