第5章大学化学_1原子结构的近代概念.pptVIP

第5章 物质结构基础;5.1.1 氢原子光谱和玻尔理论;卢瑟福被公认为是二十世纪最伟大的实验物理学家，在放射性和原子结构等方面，都做出了重大的贡献。;玻尔理论－ 1911年获哥本哈根大学博士学位。1912年3-7月曾在卢瑟福的实验室进修，在这期间孕育了他的原子理论。玻尔首先把普朗克的量子假说推广到原子内部的能量，来解决卢瑟福原子模型在稳定性方面的困难，假定原子只能通过分立的能量子来改变它的能量，即原子只能处在分立的定态之中，而且最低的定态就是原子的正常态。 1913年由玻尔提出玻尔理论。是在卢瑟福原子模型基础上加上普朗克的量子概念后建立的。 ;量子假说- 普朗克认为：辐射是由一分分的能量组成，就像物 质是由一个个个原子组成一样。辐射中的一份能 量，既是一个量子 。能量的大小用公式表示为： E=hv，其中h普朗克常数，v为量子频率。 光量子理论：随后爱因斯坦受到普朗克量子假说的影响，进 行“光量子理论”研究，爱因斯坦认为：物体是 由一个个的原子组成，是不连续的，而光是连 续的，那为什么会出现光电效应呢？光除了连 续性，有没有可能存在粒子性？爱因斯坦大胆 假设：光和原子一样存在粒子性，光就是一束 以C=3*108的速度运动着的粒子，这些粒子被命 名为光量子，光量子的能量为E=hv。;光量子理论很好的解释了光电效应：光是有一个个带有一定能量的粒子，这些粒子都具有自身的能量与粒子的频率成正比，当光照射到金属表面时，光量子的能量是瞬时传递的 ，只要光量子的能量足够大，金属中的电子就能够溢出。光电效应方程： hv=1/2mv2+A. 光电效应很好的证明了光具有粒子性。 ;（1）原子中的电子在原子核周围有确定半径和能量的圆形轨道中运动。电子在这些轨道上运动不吸收能量或放出能量。 在轨道上运动的电子处于“稳定状态”—定态。电子处于定态的原子不辐射能量。原子内电子可以处于不同的定态，能量最低的定态称为基态，能量较高的定态称为激发态。 ;跃迁所吸收或辐射的辐射能量频率由下式决定。 ;（3）原子内电子运动的轨道能量是量子化的，这些轨道上的电子运动的角动量，必须是h/2π的整数倍，即 ;基于上述假设和经典力学规律，计算得到： 氢原子基态轨道半径为52.9pm—波尔半径a0 ， 是原子—分子理论中常用的一个长度单位 ； 氢原子中的电子在基态时作圆周运动速度为2.188×106m·s-1 ；约为光速的1/137,基态时氢原子中的 电子的能量-13.6eV； 根据波尔频率规律计算出氢光谱各条谱线的频率，与实验结果吻合很好。; 氢原子光谱（原子发射光谱） 在真空管中充入少量 H2 ，通过高压放电，氢气可以产生可见光、紫外光和红外光，这些光经过三棱镜分成一系列按波长大小排列的线状光谱。 此外，除氢原子外，其他原子也可以产生特征的发射管谱线，我们可以利用原子的特征谱线来鉴定原子的存在。 ; 装有低压高纯H2(g)的放电管所发出的光,通过棱镜分光后，在可见光区波长范围内，可以观察到不连续的四条谱线。;严重的局限性。只能解释单电子原子(或离子)光谱的一般现象，不能解释多电子原子光谱。 ;5.1.2 电子的波粒二象性; 1927年，美国科学家戴维逊Davisson和革末Germer应用Ni晶体进行的电子衍射实验证实了德布罗意的假设：电子具有波动性。将一束电子流经一定电压加速后通过金属单晶体，像单色光通过小圆孔一样发生衍射现象，在感光底片的屏幕上，得到一系列明暗相间的衍射环 。;实验证明电子具有粒子性，且长时间的大量电子形成衍射图样，才显示出波动性，可见微粒的波动性是遵守“统计性”规律的。;5.1.3 波函数和量子数;5.1.3 波函数和量子数;对薛定谔方程求解，可以得到一系列波函数Ψ１s、Ψ２s、Ψ２p..... Ψi 相应的能量值 E１s、 E２s、 E２p ..... Ei;波函数在核外不同区域的值可正、可负，但概率密度永远是正值。 掌握概率密度，可以掌握核外电子的运动状态。;Ψ(x、y、z) 1.为了便于求解薛定谔方程，将直角坐标变成球坐标，则波函数写