第8章 原子结构与元素周期律（上课）.ppt

第5章原子结构5.1核外电子的运动状态学习线索：氢原子光谱→玻尔原子结构理论→实物粒子的“波粒二象性”→量子力学对核外电子运动状态的描述—薛定谔方程。一、氢原子光谱连续光谱(continuousspectrum)线状光谱(原子光谱)(linespectrum)氢原子光谱连续光谱（自然界）连续光谱(实验室）电磁波连续光谱氢原子光谱（原子发射光谱）

真空管中含少量H2(g)，高压放电，

发出紫外光和可见光→三棱镜→不连续的线状光谱连续光谱和原子发射光谱(线状光谱)比较（一）氢原子光谱特点1.不连续的线状光谱2.谱线频率符合?=R

巴尔麦(J.Balmer)经验公式

__

?:波数(波长的倒数?=1/?,cm-1).

n:大于2的正整数.

RH：也称Rydberg常数,RH=R/c

RH=1107m-1（二）经典电磁理论不能解释氢原子光谱：经典电磁理论：电子绕核作高速圆周运动，发出连续电磁波→连续光谱，电子能量↓→坠入原子核→原子湮灭事实：氢原子光谱是线状（而不是连续光谱）；原子没有湮灭。二、玻尔（N.Bohr）原子结构理论2.在一定轨道上运动的电子的能量也是量子化的：原子在正常或稳定状态时，电子尽可能处于能量最低的状态—基态（groundstate）。对于H原了，电子在n=1的轨道上运动时能量最低—基态，其能量为：

3.电子在不同轨道之间跃迁（transition）时,会

吸收或幅射光子，其能量取决于跃迁前后两轨道

的能量差：里德堡常数R=3.289?1015s-1.

与（6.1）式完全一致。

这就解释了氢原子光谱为什么是不连续的线状光谱。

（二）局限性

1.只限于解释氢原子或类氢离子（单电子体系）的光谱，不能解释多电子原子的光谱。

2.人为地允许某些物理量（电子运动的轨道角动量和电子能量）“量子化”，以修正经典力学（牛顿力学）。

3.没有摆脱经典理论的束缚，电子在固定轨道上绕核运动的观点不符合微观粒子的运动特性。三、微观粒子的波粒二象性波象性——衍射、干涉、偏振…微粒性——光电效应、实物发射或吸收光…（与光和实物互相作用有关）例：能量E光子=h? （6.4）动量p=h/?(6.5)E光子,p—微粒性?,?—波动性通过h相联系1924年，年轻的法国物理学家LouisdeBroglie（德布罗意）提出实物粒子具有波粒二象性。他说：“整个世纪以来，在光学上，比起波动的研究方法，是过分忽略了粒子的研究方法；在实物理论上，是否发生了相反的错误呢？我们是不是把粒子图象想得太多，而过分地忽略了波的图象？”他提出：电子、质子、中子、原子、分子、离子等实物粒子的波长?=h/p=h/mv（6.5.1）3年之后，（1927年），C.J.Davisson（戴维逊）和L.S.Germer（革末）的电子衍射实验证实了电子运动的波动性——电子衍射图是电子“波”互相干涉的结果，证实了deBroglie的预言。（三）测不准原理（TheUncertainityprinciple）例1:对于m=10克的子弹，它的位置可精确到?x＝0.01cm,其速度测不准情况为：例2:微观粒子如电子,m=9.11?10-31kg,半径r=10-18m，则?x至少要达到10-19m才相对准确，则其速度的测不准情况为：=6.626?10-34/4?3.14?9.11?10-31?10-19=5.29?1014m.s-1奥地利物理学家E.Schr?dinger四、量子力学对核外电子运动状态的描述（一）薛定谔方程（Schr?dingerEquation）1926年奥地利物理学家E.Schr?dinger提出.用于描述核外电子的运动状态，是一个波动方程，为近代量子力学奠定了理论基础。?(x,y,z)－描述核外电子在空间运动的数学函数式(波函数)，即原子轨道.m—电子