第04节原子的能级结构-(2).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第,4,节 原子的能级结构,原子结构之谜,15:31:26,第四节 原子的能级结构,15:31:27,一、原子光谱,粒子散射的实验使我们知道原子具有核式结构，但电子在核的周围怎样运动？它的能量如何变化？,15:31:27,1、原子光谱,(1)某种原子的气体通电后可以发光并产生固定不变的光谱，这种光谱被称之为原子光谱,(2)科学家观察了大量的原子光谱，发现每种原子都有自己特定的原子光谱不同的原子，其原子光谱均不相同，因而，原子光谱被称为原子的,“,指纹,”,15:31:28,2光谱分析及应用,(1)光谱分析应用的两种光谱,明线光谱：它是稀薄气体发光直接产生的,吸收光谱：它是当白光通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的,15:31:28,2光谱分析及应用,实验表明：原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该原子的明线光谱中的一条明线相对应即原子只能释放出某种特定频率的光，也只能吸收某种特定频率的光，而且释放的光和吸收的光的频率是相同的,(2)光谱分析,通过对光谱的分析鉴别不同的原子，确定物体的化学组成并发现新元素,优点：灵敏度高,15:31:28,早在,17,世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的,彩色光带,叫做,光谱,二、氢原子光谱,15:31:29,氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。,二、氢原子光谱,练习,1,*,15:31:29,实验表明：氢原子光谱的波长只能取分立值，不能取连续值巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征,15:31:29,三、卢瑟福模型的困难,原子核式结构模型,与,经典电磁理论,的矛盾,核外电子绕核运动,辐射电磁波,电子轨道半径连续变小,原子不稳定,辐射电磁波频率连续变化,事实上,：,原子是稳定的,原子光谱是线状谱,卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。,*,四、玻尔原子理论的基本假设：,1,、,轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。（针对原子核式模型提出，是能级假设的补充）,E=E,k,+E,p,丹麦物理学家,N.Bohr,+,图,1.,分立轨道,15:31:30,2,、,能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫,定态,。,（本假设是针对原子稳定性提出的）,1,2,3,轨道与能级相对应,基态,激发态,量子数,E,4,1,2,3,4,5,E,1,E,3,E,2,E,5,E,n,15:31:30,3,、,跃迁假设：原子从一种定态（设能量为,E,初）跃迁到另一种定态（,设能量为,E,终）时，它辐射（或吸收）一定频率的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即,hv,=E,初,-E,终,h,称为普朗克常量 其值为,h=6.62610,-34,J.S,v,表示光波的频率,15:31:31,15:31:31,五、氢原子的能级,基态：,在正常状态下，氢原子处于最低的能级,E,1,(,n,=1),这个最低能级对应的定态称为基态。,激发态：,当电子受到外界激发时，可从基态迁到较,高的能级,E,2,，,E,3,上，这些能级对应的定态,称为激发态。,处于激发态的原子是不稳定的，它会向较低的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形色向外辐射，这就是氢原子发光的现象。原子辐射出的光子的能量等于两能级间的能量差。,1,、能级15:31:32,玻尔根据经典电磁理论和牛顿力学计算出氢原子的电子的各条可能轨道半径和电子在各条轨道上运动时的能量（包括动能和势能）公式：,r,n,=n r,1,2,轨道半径,：,（,n=1,2,3),能 量：,E,n,=,n,2,1,E,1,（,n=1,2,3),式中,r,1,、,E,1,、分别代表第一条（即离核最近的）可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量，,r,n,、,E,n,分别代表第,n,条可能轨道的半径和电子在第,n,条轨道上运动时的能量，,n,是正整数，叫,量子数,。,练习,2,练习,3,15:31:32,n,以无穷远处为参考位置,0eV,10.2eV,12.1eV,128eV,吸,收,能,量,放,出,能,量,五、氢原子能级结构,E,n,-3.4eV,-1.51eV,-0.85eV,-0.54eV,0 eV,-13.6eV,赖曼系,普丰德系,布喇开系,帕邢系,巴耳末,高能级,低能级,15:31:33,五、氢原子的能级,(1),由高能级向低能级跃迁,原子在基态时是稳定的，在激发态时是不稳定的处于激发态的原子会自发地向低能级跃迁，并以光子的形式放出能量，原子在始、末两个能级,E,m,和,E,n,(,m,n,),间跃迁时，放出光子的频率,(Em,En)/h,.,氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现，其可能的值为 种可能情况,2,、跃迁,练习,5,15:31:34,五、氢原子的能级,(2),由低能级向高能级跃迁,原子吸收光子后会从较低能级向高能级跃迁而被激发，光子的能量必须等于两能级的能量差，否则光子将不被吸收但当处于,n,能级的电子电离时，只要光子的能量,h,|,E,n,|,，就可被吸收,2,、跃迁,练习,4,15:31:35,五、氢原子的能级,(3),能级跃迁时的能量变化,当轨道半径减小时，库仑引力做正功，原子的电势能减小，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,2,、跃迁,练习,6,15:31:36,2.,这里的电势能,E,p,0,，原因是规定了,无限远处的电势能为零,。这样越是距离原子核近的轨道电势能越小。,3.,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,。,4.,跃迁时电子动能、电势能与原子的能量变化,：当轨道半径减小时，库仑引力做正功，电势能,E,p,减小，电子动能增大，原子的能量减小。反之，轨道半径增大时，库仑引力做负功，电势能增大，电子动能减小，原子的能量增大。,请注意,练习,6,15:31:36,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，但是也有它的,局限性,在解决核外电子的运动时成功引入了,量子化,的观念,同时又应用了,“,粒子、轨道,”,等,经典概念,和有关,牛顿力学,规律,除了氢原子光谱外，在解决其他问题上遇到了很大的,困难,六、玻尔模型的局限性,氦原子光谱,量子化条件的引进没有适当的理论解释,15:31:37,七、小结与作业,1，粒子散射的实验卢瑟福核式结构氢原子光谱玻尔假设能级结构,2，课时跟踪训练P95-P96选择题部分,15:31:38,祝学习愉快！,15:31:38,