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第2章原子结构理论

第二章 原子结构和玻尔模型 电子电荷的精确测定是在1910年由R.A.密立根(Millikan)作出的,即著名的“油滴实验”。 e=110-19C, m=9.1093897×10-31kg。 七、?粒子散射实验的意义  根据经典的电磁学理论,绕核运动的电子不断辐射电磁波,轨道半经随能耗而连续变小,最终应落到原子核中来,另外,其光谱应是连续变化的带状光谱,而实验所得到的是分立谱。  这让人感到无法理解。 2.6 索末菲椭圆轨道 电子在原子核的库仑场中运动如行星绕太阳运动,是受着与距离的平方成正比的力,因此一般应该是椭圆轨道的运动. 索末菲于1916年提出椭圆轨道的理论. 电子绕着原子核在一个平面上作椭圆运动是二自由度的运动,索末菲提出应该用两个量子条件. 而能量: 能量由主量子数n确定,一个n对应有n个角量子数,这种情况叫简并。 考虑相对论原理后,能量就有差别了。 2.8史特恩-盖拉赫实验与原子空间取向的量子化 1、子轨道运动的磁矩 电子的轨道运动相当于一个闭合的电路,因而具有磁矩: 2、史特恩-盖拉赫实验 设磁场的方向为Z,一个具有磁矩的磁体在上述不均匀的磁场中受力 μZ是磁矩在磁场方向的分量, 是沿磁场方向的磁感应强度变化率,β是磁矩与磁场方向的夹角。 力f是垂直于原子前进方向的,使路径偏转。 电子在库仑场中运动一般是一个平面上的椭圆运动,所以满足两个量子条件。 如果原子处于磁场子中,电子是三维空间中的曲线运动。三维运动就必须满足三个量子条件。 假设磁场不很强,它对电子运动的影响不是很大,那么运动可以近似地看作仍然是一个平面上的运动,但轨道平面是绕着磁场方向作缓慢旋进的。 用极坐标r、θ和ψ来描述 nψ只能取 2nφ+1 个整数值。 这样,nφ =1时,只能有三个轨道方向。 nφ=2时,只能有五个轨道方向。 nφ=3时,只能有七个轨道方向。 由实验知道银原在磁场中有两个取向,按上述理论,应是奇数个,可见到目前为止我们对原子的描述还是不完全的,以后还有修改 。 这里肯定的是原子在磁场中取向的量子化。 2.8 对应原理 玻尔提出的关于原子的量子规律同经典物理规律的差别很大,量子规律的特点是物理量的不连续性。 但二者有相应关系,在相限条件下,彼此趋于一致。 当n极大时,能级可以说是连续的 当n很大时,原子所发辐射的频率与电子轨道运动的频率一致。 激发态(excited state) 赖曼系 巴耳末系 帕邢系 实验值 能级(energy level) 电子轨道 理论值 2. 4 类氢离子 核外只有一个电子的离子 原子序数 化学价 He+,Li2+,Be3+,B4+,… 1.毕克林线系 1897年 Pickering从星光中发现类巴耳末系 Rydberg公式 He+光谱 2.玻尔类氢离子理论 核电荷 实验值 Evans观测He+光谱,证实毕克林线系属其线系之一。 3.原子核质量有限带来的修正 误差超过1/104(光谱测量精度)的原因: 理论值忽略原子核的运动,相当于取核质量为无限大。 两体问题 两质点在相互作用下运动 两体约化质量 质心速度不变 质点1相对2的运动相当于固定2后质量为 的质点的运动。 质心系 质心系 核系 1932年 Urey发现巴耳末系的双线结构,证实氘的存在,获1934年Nobel化学奖 玻尔理论解释了原子光谱分立性和原子的稳定性 The Nobel Prize in Physics 1922 for his services in the investigation of the structure of atoms and of the radiation emanating from them N. Bohr (1885-1962) 2.5 弗兰克-赫兹实验 原子光谱分立性 原子内部能量量子化证据 1914年 Franck和Hertz实验发现原子经电子碰撞后吸收能量的分立性 K:热阴极,发射电子 KG区:电子加速,与Hg原子碰撞 GA区:电子减速,能量大于0.5 eV的电子可克服反向偏压,产生电流 非弹性碰撞,电子损失能量,激发Hg原子 弹性碰撞,电子几乎不损失能量 电子经过 次加速和非弹性碰撞,能量全部损失,电流最小。 缺陷:电子动能达到4.9 eV便经碰撞失去能量,无法达到更高动能。 K:旁热式热阴极,均匀发射电子,提高能量测量精度 KG1区:电子加速 G1G2区:电子与原子碰撞 G2A区:电子减速 1920年 Hertz测得4.9 eV以上的高激发能 Franck改进实验装置 1924年 J. Franck (1882-1964) G. Hertz (1887-1975) for their discovery of the la

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