183氢原子光谱波尔原子模型解析.pptx

氢原子光谱氢原子光谱波尔原子模型波尔原子模型zxxk早在早在1717世纪，牛顿就发现了日光世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的实验中得到的彩色光带彩色光带叫做叫做光谱光谱一、光谱一、光谱光谱光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。布的记录。有时只是波长成分的记录。发射光谱可分为两类：发射光谱可分为两类：连续光谱连续光谱和和线状线状谱谱。1.1.发射光谱发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。发射光谱。各种元素都只能发出具有本身特征的某些波长的光，各种元素都只能发出具有本身特征的某些波长的光，明线明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。光谱的谱线也叫原子的特征谱线。（1）连续光谱）连续光谱 例如白炽灯丝发出的光、烛焰、例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续炽热的钢水发出的光都形成连续光谱光谱。炽热的固体、液体及高压气体炽热的固体、液体及高压气体的光谱，的光谱，是由是由连续连续分布的一切波长的光组成的，这分布的一切波长的光组成的，这种光谱叫做种光谱叫做连续光谱连续光谱。zxxk2）线状谱）线状谱只含有一些只含有一些不连续的亮线不连续的亮线的光谱。各条谱线对应的光谱。各条谱线对应不同波长的光。不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线是明线光谱。利用特征谱线进行光谱分析，灵敏度高光谱。利用特征谱线进行光谱分析，灵敏度高10-10g高压电源高压电源光谱管光谱管平行光管标度管三棱镜观察管分光镜分光镜分光镜原理分析标度管zxxk吸吸 收收 光光 谱谱钠蒸气光谱中产生的一组暗线，每条光谱中产生的一组暗线，每条暗线的波长都跟那种气体原子暗线的波长都跟那种气体原子的特征谱线相对应。的特征谱线相对应。（3）吸收光谱）吸收光谱 高温物体发出的白光（其中包含连续分布高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。这。这表明，表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗因此吸收光谱中的暗谱线与谱线与明线相对应明线相对应，也是原子的特征谱线。，也是原子的特征谱线。太太阳的光谱是吸收光谱。阳的光谱是吸收光谱。各种光谱各种光谱连续光谱连续光谱H的发射光的发射光谱谱钠的发射钠的发射光谱光谱钠的吸收钠的吸收光谱光谱太阳的吸太阳的吸收光谱收光谱氢 气 的 吸 收 光 谱氢气zxxk（4）光谱分析）光谱分析 由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种方根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种方法叫做光谱分析。法叫做光谱分析。l 原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。研究太阳研究太阳高层大气高层大气层所含元层所含元素素氢原子光谱实验规律氢原子光谱实验规律氢原子光谱实验规律氢原子光谱实验规律 实实验验装装置置zxxk分光镜原理分析标度管光谱分析光谱分析光谱分析光谱分析 由于每种原子都有自己的特征谱线，因此由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种方法叫做光谱分析。这种方法叫做光谱分析。原子光谱的不连续性反映出原子结构的不原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。的结构。案例：利用太阳光的吸收光谱可以研究太案例：利用太阳光的吸收光谱可以研究太阳高层大气层所含元素。阳高层大气层所含元素。光谱分析的技术在科学研究中有广泛的应用，光谱分析的技术在科学研究中有广泛的应用，一种元素在样品中的含量即使很少，也能观察到一种元素在样品中的含量即使很少，也能观察到它的光谱因此光谱分析可以用来确定样品中包它的光谱因此光谱分析可以用来确定样品中包含哪些元素，这种方法非常灵敏，利用光谱还能含哪些元素，这种方法非常灵敏，利用光谱还能确定遥远星球的物质成分确定遥远星球的物质成分zxxk 漆碗：第三文化层（距今漆碗：第三文化层（距今6500650060006000年）利年）利用红外光分析其表面，其光谱图和马王堆汉墓出用红外光分析其表面，其光谱图和马王堆汉墓出土漆皮的裂解光谱图相似土漆皮的裂解光谱图相似 X射线照射激发射线照射激发荧光，通过分析荧荧光，通过分析荧光判断越王勾践宝光判断越王勾践宝剑的成分剑的成分2.氢原子的光谱图氢原子的光谱图可可可可见见见见光光光光区区区区特点特点特点特点1.1.几种特定频率的光几种特定频率的光几种特定频率的光几种特定频率的光2.2.光谱是分立的亮线光谱是分立的亮线光谱是分立的亮线光谱是分立的亮线三、卢瑟福模型的困难三、卢瑟福模型的困难三、卢瑟福模型的困难三、卢瑟福模型的困难原子核式结构模型原子核式结构模型与与经典电磁理论经典电磁理论的矛盾的矛盾核外电子绕核运动核外电子绕核运动辐射电磁波辐射电磁波电子轨道半径连续变小电子轨道半径连续变小原子不稳定原子不稳定辐射电磁波频率连续变化辐射电磁波频率连续变化事实上事实上：原子是稳定的原子是稳定的原子光谱是线状谱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卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。zxxk玻尔玻尔（18851962）4 3 2 1 E4E3E2E1定态假设定态假设跃迁假设跃迁假设4 3 2 1 E4E3E2E1轨道假设轨道假设4 3 2 1h=E初初 E未未En=rn=n2r1四、氢原子的能级图：-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE 1 1、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能能级级。2 2、基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这、基态：在正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫时电子在离核最近的轨道上运动，这种定态叫基态基态。3 3、激发态：除基态以外的能量较高的其他能级，、激发态：除基态以外的能量较高的其他能级，叫做叫做激发态。激发态。4 4、原子发光现象：原子从较高的激发态向较低的、原子发光现象：原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个激发态或基态跃迁的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的形式辐射出去，这就是能量以光子的形式辐射出去，这就是原子发光现象原子发光现象。五、能级：zxxk巴耳末的研究巴耳末的研究瑞士中学数学教师瑞士中学数学教师瑞士中学数学教师瑞士中学数学教师氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。二、氢原子光谱二、氢原子光谱电子云电子云巴耳末公式巴耳末公式N 6 N 6 的符合巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区）的符合巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区）的符合巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区）的符合巴耳末公式的光谱线（大部分在紫外区）巴耳末系巴耳末系巴耳末系巴耳末系人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系人们把一系列符合巴耳末公式的光谱线统称为巴耳末系适用区域：适用区域：适用区域：适用区域：可见光区、紫外线区可见光区、紫外线区可见光区、紫外线区可见光区、紫外线区氢原子光谱的其他线系氢原子光谱的其他线系莱曼线系莱曼线系 红红外外区区还还有有三三个个线线系系帕邢系帕邢系布喇开系布喇开系普丰特系普丰特系紫紫外外线线区区zxxk 氢原子光谱不是不相关的，而是有内在联系的。氢原子光谱不是不相关的，而是有内在联系的。表现在其波数可用一普遍公式来表示：表现在其波数可用一普遍公式来表示：其其中中对应一个对应一个m构成一个谱线系构成一个谱线系每一谱线的波数都等于两项的差数每一谱线的波数都等于两项的差数令令称为光谱项。称为光谱项。18-4.18-4.波尔的原子模型波尔的原子模型zxxk一、玻尔提出原子模型的背景：卢瑟福的原子核式结构学说很好地解释了a粒子的散射实验，初步建立了原子结构的正确图景，但跟经典的电磁理论发生了矛盾。1、原来，电子没有被库仑力吸引到核上，它一定是以很大的速度绕核运动，就象行星绕着太阳运动那样。按照经典理论，绕核运动的电子应该辐射出电磁波，因此它的能量要逐渐减少。随着能量的减少，电子绕核运行的轨道半径也要减小,于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核，就像绕地球运动的人造卫星受到上层大气阻力不断损失能量后要落到地面上一样。这样看来，原子应当是不稳定的，然而实际上并不是这样。2、同时，按照经典电磁理论，电子绕核运行时辐射电磁波的频率应该等于电子绕核运行的频率，随着运行轨道半径的不断变化，电子绕核运行的频率要不断变化，因此原子辐射电磁波的频率也要不断变化。这样，大量原子发光的光谱就应该是包含一切频率的连续谱。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年玻尔玻尔在卢瑟福学说的基础上，把普郎克的量子理论运用到原子系统上，提出了玻尔理论。zxxk二、玻尔理论的主要内容：1、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。2、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E初 E终.h v=3、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。三、玻尔计算出氢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：rn=n2 r1轨道半径：（n=1,2,3)能 量：En=n21E1（n=1,2,3)式中r1(r1=0.531010m)、E1(E1=13.6eV)、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，rn、En 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。例1、对玻尔理论的下列说法中，正确的是（）A、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设 B、对经典电磁理论中关于做加速运动的电荷要辐射电磁波”的观点提出了异议 C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系 D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的ABCDzxxk2、下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是（）A、原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量 B、原子中，虽然核外电子不断做加速运动，但只要能量状态不改变，就会向外辐射能量 C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定要辐射一定频率的光子 D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的C3、根据玻尔理论，氢原子中，量子数N越大，则下列说法中正确的是（）A、电子轨道半径越大 B、核外电子的速率越大C、氢原子能级的能量越大 D、核外电子的电势能越大4、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（）A、可以取任意值 B、可以在某一范围内取任意值C、可以取一系列不连续的任意值D、是一系列不连续的特定值DACD5、按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道上，已知rarb，则在此过程中（）A、原子要发出一系列频率的光子 B、原子要吸收一系列频率的光子 C、原子要发出某一频率的光子 D、原子要吸收某一频率的光子Czxxk