第三章原子结构教学讲义.ppt

第三章 原子结构;1.氢原子光谱 ;;1.氢原子光谱 ;(1)Bohr的原子结构理论的三点假设 : 原子核外的电子只能在有确定的半径和能量的轨道上运动。 电子在这些轨道上运动时并不辐射能量。 在正常情况下，原子中的电子尽可能处在离核最近的轨道上。这时原子的能量最低，即原子处于基态。当原子受到辐射，加热或通电时获得能量后电子可能跃迁到离核较远的轨道上去。即电子被激发到高能量的轨道上，这时原子处于激发态。 处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核较近的轨道上，同时释放出光能。 光的频率ν＝ 式中：E1————离核较近的轨道的能量 E2————离核较远的轨道的能量 ;轨道 基态、激发态 引入量子数－n，1、2、3…;Bohr在其三点假设的基础上，运用牛顿力学定律推算出下列关系式： r=a0n2 E=－ KJ.mol－1 ν=3.29╳1015( )s-1 (n1<n2) 式中：r——氢原子轨道的半径，a0＝0.053纳米（玻尔半径） E——氢原子轨道的能量 ν——氢原子中电子由高能态跃迁到低能态时辐射光的平率 n——正整数（自然数，量子数）。 ;根据ν＝3.29╳1015( )s-1 在可见光区： 当n1＝2, n2＝3 为Hα谱线的频率 n2＝4 为Hβ谱线的频率 n2＝5 为Hγ谱线的频率 n2＝6 为Hδ谱线的频率 在红外光区： 当n1＝3,n2＝4，5，6，7有一组谱线 在紫外光区： 当n1＝3, n2＝2，3，4，5也有一组谱线 ;（3）玻尔理论的贡献和局域性： 贡献： 成功的解释了氢原子光谱。 提出了主量子数n和能级的重要概念，为近代原子结构的发展作出一定的贡献。 局限性： 不能说明多电子原子光谱和氢原子光谱的精细结构； 不能说明化学键的本质。 ;产生局限性的原因： 把宏观的牛顿经典力学用于微观粒子的运动，没有认识到电子等微观粒子的运动必须遵循特有的运动规律和特征，即能量量子化.微观波粒二象性规律。 ;（1）光的波动性： 1）光的干涉：指同样波长的光束在传播时，光波相互重叠而形成明暗相间的条纹的现象。 ; （1）光的波动性： （2）光的衍射： 如右图所示，如果光是直线传播的，则只能如红线所示；而光的传播如黑线所示。因此说明光能绕过障碍物弯曲传播，即光能衍射。而光的干涉和衍射实波动才有的现象，即光具有波动性。 ;（2）光的粒子性： 1905年，A．Ainstein（爱因斯坦）应用Planck量子论成功解释了光电效应，并提出了光子学说。他认为光是具有粒子特征的光子所组成，每一个电子的能量与光的频率成正比，即光子的能量E＝hνo由此可见具有特定频率ν的光的能量只能是光子能量E的整数倍nE（n为自然数）。而不能是1.1E，1.2E,2.3E……。这就是说，光的能量是量子化的。;（3）光的波粒二象性： 由实验测定的，光的动量P与其波长λ成反比。 即P＝ （h——Planck常数：6.626╳10－24J.s） 此式表明了光具有波粒二象性。 ;（1） L．De Broglie(德布罗衣)预言： 对于电子这样的实物粒子，其粒子性早在发现电子时就已得到人们的公认，但电子的波动性就不容易被发现。经过人们长期的研究和受到波力二象性的启发。1924年，法国物理学家L．De Broglie认为：既然关具有波力二象性，则电子等微观粒子也可有波动性，并指出，具有质量为m，运动速率为v的粒子，相应的波长为：λ＝ 即 λ＝ 这个关系式把电子等微观粒子的波动性和粒子性的定量地联系起来。表明：粒子的动量越大，其波长越短。 ;（2）电子衍射实验： 1927年，Davisson和Germer应用Ni晶体进行的电子衍射实验证实了电子具有波动性。将一束电子流经过一定的电压加速后通过金属单晶，象单色光通过小圆孔一样发生衍射现象，在感光底片上，得到一系列明暗相同的衍射环纹（如右图所示）。 ;（2）电子衍射实验： 根据电子衍射图计算得到的电子射线的波长与德布罗衣关系式预期的波长一致。这就证实了电子等微观粒子具有波粒二象性。 对于宏观物体，也可根据德布罗衣关系式计算其波长，只不过计算出的波长极断，根本无法测量。故其主要表现粒子性，服从牛顿静电力学的运动规律。 ;（