第十八章 原子结构 4节 玻尔的原子模型.ppt

* * 1．知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容。 2．了解能级、跃迁、能量量子化以及基态、激发态等概念。 3．能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型。 4．了解玻尔模型的不足之处及其原因。 本节是本章内容的重点章节，也是难点。玻尔理论的内容不易理解，介绍玻尔理论时，可根据卢瑟福原子模型跟经典电磁理论之间的矛盾，说明经典电磁理论不适用于原子结构，直接提出玻尔理论的内容，简洁明了，学生容易接受。关于氢原子核外电子跃迁时的辐射（或吸收）光子问题，可根据不同层次学生选定难度。玻尔理论的局限性，学生了解即可。 本节在介绍玻尔原子理论的内容之后，用它来成功地解释了氢光谱的实验规律。玻尔理论的一个重要假设就是原子能量量子化，“弗兰克-赫兹”实验证明了正确性。尽管玻尔模型后来被证明不完善，但仍是人们认识原子结构的一个重要里程碑。 电子绕核运动将不断向外辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道半径不断缩小，最终落在原子核上,而使原子变得不稳定 + 经典理论认为 事 实 + 原子是稳定的 经典理论认为 事 实 由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率等于绕核运动的频率，连续变化，原子光谱应该是连续光谱 原子光谱是不连续的，是线状谱 以上矛盾表明，从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适用于原子这样小的物体产生的微观现象。为了解决这个矛盾，1913年丹麦的物理学家玻尔在卢瑟福学说的基础上，把普朗克的量子理论运用到原子系统上，提出了玻尔理论。 针对原子核式结构模型提出 围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射，也就是说，电子的轨道是量子化的。 假说1：轨道量子化 分立轨道 针对原子的稳定性提出 电子在不同的轨道上运动，原子处于不同的状态。玻尔指出，原子在不同的状态中具有不同的能量，所以原子的能量也是量子化的。在这些状态中原子是稳定的。 假说2：能级(定态)假说 能级：量子化的能量值。 定态：原子中具有确定能量的稳定状态。 基态：能量最低的状态(离核最近) 基态 激发态：其他的状态 激发态 量子数 1 2 3 轨道与能级相对应 E4 1 2 3 4 5 E1 E3 E2 E5 E∞ n 针对原子光谱是 线状谱提出 假说3：频率条件(跃迁假说) E4 1 2 3 4 5 E1 E3 E2 E5 E∞ n 原子在始、末两个能级 Em 和 En ( EmEn ) 间跃迁时，发射 (或吸收) 光子的频率可以由前后能级的能量差决定： 激发态 跃 迁 电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加 吸收光子 电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少 辐射光子 基 态 ( Em En ) rn = n2r1 En = E1/n2 r1 = 0.053 nm （n = 1，2，3，···） 玻尔从上述假设出发，利用库仑定律和牛顿运动定律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量 这里的电势能 Ep＜0，原因是规定了无限远处的电势能为零。 这样越是里面轨道电势能越少，负得越多。 量子数 n = 1定态，能量值最小，电子动能最大，电势能最小； 量子数越大，能量值越大，电子动能越小，电势能越大。 跃迁时电子动能、原子电势能与原子能量的变化：当轨道 半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能 Ep 减小，电子动能增大，原子能量减小。反之，轨道半径增大时，原子电势能增大，电子动能减小，原子能量增大。 －－－－－－－－－ 1 2 3 4 5 0 n E/eV ∞ 赖曼系（紫外线） 巴耳末系（可见光） 帕邢系（红外线） 布喇开系 逢德系 N=1 N=2 N=3 N=4 N=5 N=6 成功解释了氢光谱的所有谱线 + 巴耳末系 -13.6 eV -3.40 eV -1.51 eV -0.85 eV -0.54 eV 0 n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=? 巴尔末公式有正整数 n 出现，这里我们也用正整数 n 来标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？ 巴尔末公式： n=6 n=5 n=4 n=1 n=3 n=2 Hδ Hγ Hβ Hα H 从高能级向低能级跃迁 发射光子：以光子形式辐射出去（原子发光现象）。 2. 从低能级向高能级跃迁 (1) 吸收光子 对于能量大于或等于13.6eV的光子(电离)；对于能量小于 13.6eV的光子(要么全被吸收，要么不吸收)。 (2) 吸收实物粒子能量 只要实物粒子动能足以使氢原子向高能级跃迁，就能被氢 原子吸收全部或部分动能而使氢原子向高能级跃迁，多余 能量仍为实物粒子动能。 玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题