物质结构简介I 无机及分析化学
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（2）质量m = 10 g的宏观物体子弹，若它的位置 测不准Δx = 0.01 cm （已相当准确），那么其速 率的测不准程度又多大？以上计算结果说明什么 问题？
(1)Δv
2
h mΔ
x
6.626 1034 2 3.14 9.111031
1011
Δv 1.157 107 m s1
(2)Δv
h
2 mΔ x
(E
V )
0
x2 y2 z2 h2
Schrodinger E
m －－－粒子质量
E －－－粒子总能量
V －－－势能
6.626 1034 2 3.1410103 0.01102
Δv 1.054 1028 m s1
17
第二节 原子核外电子的运动状态
一、薛定谔Schrődinger方程
1926年，奥地利物理学家Schrődinger提 出描述核外电子运动状态的波动方程， 即Schrődinger方程
2
2
2
8 2m
1927年，戴维逊 (Davissa)和 革末 (Germer)电子衍射实验 证实了德布罗依的假设。
2020/8/26
15
三、测不准原理
1926年，Heisenberg提出了著名的测不 准原理：位置的不确定程度Δx和动量的 不确定程度ΔP之间有：
x P h
2
Heisenberg W
测不准关系示意图
轨道能量: 轨道半径:
E
A
1 n2
r Bn2
A 2.1791018 J
B 52.9 pm
n 1: r1 52.9 pm E1 2.1791018 J
n 2 : r1 4 52.9 pm
E1
源自文库
1 4
2.179 1018
J
n 3: r1 9 52.9 pm
E1
1 9
2.179 1018
氢气
2020/8/26
氦气 含锂化合物
含钠化合物 含钾化合物
6
氢原子光谱
氢原子光谱特征: ①不连续的、线状的， ②很有规律性.
2020/8/26
7
氢原子光谱的规律性：
1885年 巴尔麦发现：
1
1 R ( 22
1 n2
)
R : 理德堡常数
R 1.097373107 m1
n: 大于2的正整数
n 3: H n 4: H n 5: H n 6: H
根据经典力学得出的结论：
➢ 原子会毁灭； ➢ 原子发射光的光谱应为连续光谱。
都与现实形成了很大的矛盾
2020/8/26
4
一、氢原子光谱和波尔理论 连续光谱： 自然
2020/8/26
实验室
5
原子的光谱：
在抽成真空的放电管中充入少量气体（如氢气），通过 高压放电，可观测到原子的发光现象。
将碱金属化合物在火焰上加热，也会观测到碱金属的发 光现象。
Wave type Calculated value/nm Experimental value/nm
Hα Hβ Hγ Hδ 656.2 486.1 434.0 410.1 656.3 486.1 434.1 410.2
➢ 说明了原子的稳定性 ➢ 对其他发光现象（如Ｘ光的形成）也能解释 ➢ 计算氢原子的电离能
即具有波粒二相性的微观粒子 和宏观物体具有完全不同的运 动特点，不能同时确定它们的 坐标和动量。
2020/8/26
16
例1：
解：
2020/8/26
（1）电子质量m = 9.11×10-31 kg，若原子半径的 数量级为10-10 m ，它的位置测不准Δx = 10-11 m （至少此值才合理），那么其速率的测不准程度 为多大？
2020/8/26
2
卢瑟福(E·Rutherford)的原子核型结构。
1911年Rutherford和助手Hans Geiger通过α粒子（He2+）散射
实验证明了原子核的存在，提出了核型原子模型。
2020/8/26
3
核型原子模型的要点：
➢ 所有原子都有一个核即原子核(nucleus) ➢ 核的体积只占整个原子体积极小的一部分 ➢ 原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上 ➢ 电子像行星绕着太阳那样绕核运动.
J
2020/8/26
12
➢ 能量的吸收与辐射
电子在不同轨道之间跃迁时， 原子会吸收或辐射出光子，吸 收或辐射出光子能量的多少决 定于跃迁前后的两个轨道之差
基态 吸收E 激发态
发射光
ΔE＝E终态－E始态＝hν
A h
1 ( n12
1 n22
)
2020/8/26
13
波尔理论的成功之处
➢ 解释了 H 及 He+、Li2+、Be3+ 的原子光谱
理德堡(包括紫外区和红外区)：
1
11
R ( n12 n22 )
n2 n1
赖曼线系（紫外） 帕邢线系（红外）
n1 = 1
n1 = 3
2020/8/26
8
玻尔理论
理论基础：
➢ 普朗克的量子论
✓ 能量是一份一份不连续的 ✓ 能量最小的单位是量子 ✓ 物质吸收和发射的能量总是量子的整数倍
The Planck equation：
10
玻尔理论的三点假设：
➢ 稳定轨道 原子中的电子只能在符合一定量子化 条件的轨道上运动，在这些轨道上运动时，处于稳定 状态，不放出也不吸收能量。
角动量： L mvr n h
2
n: 量子数 n = 1, 2, 3……
2020/8/26
11
➢ 定态 稳定轨道中运动的电子能量为一定值 能量最低的定态称为基态，能量较高的定态称 为激发态。
第四章 物质结构简介
2020/8/26
1
第一节 微观粒子的运动特征
十九世纪末的物理学三大发现
➢ X射线（1895，伦琴，德国物理学家）
➢ 放射性（1896，贝克勒尔，法国物理学家）
➢ 电子（1897，汤姆逊，英国物理学家）
这些发现证明了原子具有复杂的结构，揭开了物 理学革命乃至现代科学革命的序幕。
E h
ν：电磁波的频率
h ：普朗克常数 h = 6.626×10-34 J·s
2020/8/26
9
➢ Einstein的光子学说
➢ 光是电磁波的一种，具有波粒二相性 ➢ 一束光是由具有粒子特征的光子所组成 ➢ 每一个光子的能量与光的频率成正比
E h
E
mc2
c
mc2
h
c
P mc P h
2020/8/26
波尔理论的不足之处
➢ 不能解释氢原子光谱的精细结构 ➢ 不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂 ➢ 不能解释多电子原子的光谱
2020/8/26
14
二、微观粒子的波粒二象性
❖ 爱因斯坦的光子学说：
（光具有波粒二象性）
E h
P h
❖ 1924年德布罗依：电子等微粒也具有波粒二象性:
P mv h
h
mv
(1)Δv
2
h mΔ
x
6.626 1034 2 3.14 9.111031
1011
Δv 1.157 107 m s1
(2)Δv
h
2 mΔ x
(E
V )
0
x2 y2 z2 h2
Schrodinger E
m －－－粒子质量
E －－－粒子总能量
V －－－势能
6.626 1034 2 3.1410103 0.01102
Δv 1.054 1028 m s1
17
第二节 原子核外电子的运动状态
一、薛定谔Schrődinger方程
1926年，奥地利物理学家Schrődinger提 出描述核外电子运动状态的波动方程， 即Schrődinger方程
2
2
2
8 2m
1927年，戴维逊 (Davissa)和 革末 (Germer)电子衍射实验 证实了德布罗依的假设。
2020/8/26
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三、测不准原理
1926年，Heisenberg提出了著名的测不 准原理：位置的不确定程度Δx和动量的 不确定程度ΔP之间有：
x P h
2
Heisenberg W
测不准关系示意图
轨道能量: 轨道半径:
E
A
1 n2
r Bn2
A 2.1791018 J
B 52.9 pm
n 1: r1 52.9 pm E1 2.1791018 J
n 2 : r1 4 52.9 pm
E1
源自文库
1 4
2.179 1018
J
n 3: r1 9 52.9 pm
E1
1 9
2.179 1018
氢气
2020/8/26
氦气 含锂化合物
含钠化合物 含钾化合物
6
氢原子光谱
氢原子光谱特征: ①不连续的、线状的， ②很有规律性.
2020/8/26
7
氢原子光谱的规律性：
1885年 巴尔麦发现：
1
1 R ( 22
1 n2
)
R : 理德堡常数
R 1.097373107 m1
n: 大于2的正整数
n 3: H n 4: H n 5: H n 6: H
根据经典力学得出的结论：
➢ 原子会毁灭； ➢ 原子发射光的光谱应为连续光谱。
都与现实形成了很大的矛盾
2020/8/26
4
一、氢原子光谱和波尔理论 连续光谱： 自然
2020/8/26
实验室
5
原子的光谱：
在抽成真空的放电管中充入少量气体（如氢气），通过 高压放电，可观测到原子的发光现象。
将碱金属化合物在火焰上加热，也会观测到碱金属的发 光现象。
Wave type Calculated value/nm Experimental value/nm
Hα Hβ Hγ Hδ 656.2 486.1 434.0 410.1 656.3 486.1 434.1 410.2
➢ 说明了原子的稳定性 ➢ 对其他发光现象（如Ｘ光的形成）也能解释 ➢ 计算氢原子的电离能
即具有波粒二相性的微观粒子 和宏观物体具有完全不同的运 动特点，不能同时确定它们的 坐标和动量。
2020/8/26
16
例1：
解：
2020/8/26
（1）电子质量m = 9.11×10-31 kg，若原子半径的 数量级为10-10 m ，它的位置测不准Δx = 10-11 m （至少此值才合理），那么其速率的测不准程度 为多大？
2020/8/26
2
卢瑟福(E·Rutherford)的原子核型结构。
1911年Rutherford和助手Hans Geiger通过α粒子（He2+）散射
实验证明了原子核的存在，提出了核型原子模型。
2020/8/26
3
核型原子模型的要点：
➢ 所有原子都有一个核即原子核(nucleus) ➢ 核的体积只占整个原子体积极小的一部分 ➢ 原子的正电荷和绝大部分质量集中在核上 ➢ 电子像行星绕着太阳那样绕核运动.
J
2020/8/26
12
➢ 能量的吸收与辐射
电子在不同轨道之间跃迁时， 原子会吸收或辐射出光子，吸 收或辐射出光子能量的多少决 定于跃迁前后的两个轨道之差
基态 吸收E 激发态
发射光
ΔE＝E终态－E始态＝hν
A h
1 ( n12
1 n22
)
2020/8/26
13
波尔理论的成功之处
➢ 解释了 H 及 He+、Li2+、Be3+ 的原子光谱
理德堡(包括紫外区和红外区)：
1
11
R ( n12 n22 )
n2 n1
赖曼线系（紫外） 帕邢线系（红外）
n1 = 1
n1 = 3
2020/8/26
8
玻尔理论
理论基础：
➢ 普朗克的量子论
✓ 能量是一份一份不连续的 ✓ 能量最小的单位是量子 ✓ 物质吸收和发射的能量总是量子的整数倍
The Planck equation：
10
玻尔理论的三点假设：
➢ 稳定轨道 原子中的电子只能在符合一定量子化 条件的轨道上运动，在这些轨道上运动时，处于稳定 状态，不放出也不吸收能量。
角动量： L mvr n h
2
n: 量子数 n = 1, 2, 3……
2020/8/26
11
➢ 定态 稳定轨道中运动的电子能量为一定值 能量最低的定态称为基态，能量较高的定态称 为激发态。
第四章 物质结构简介
2020/8/26
1
第一节 微观粒子的运动特征
十九世纪末的物理学三大发现
➢ X射线（1895，伦琴，德国物理学家）
➢ 放射性（1896，贝克勒尔，法国物理学家）
➢ 电子（1897，汤姆逊，英国物理学家）
这些发现证明了原子具有复杂的结构，揭开了物 理学革命乃至现代科学革命的序幕。
E h
ν：电磁波的频率
h ：普朗克常数 h = 6.626×10-34 J·s
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➢ Einstein的光子学说
➢ 光是电磁波的一种，具有波粒二相性 ➢ 一束光是由具有粒子特征的光子所组成 ➢ 每一个光子的能量与光的频率成正比
E h
E
mc2
c
mc2
h
c
P mc P h
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波尔理论的不足之处
➢ 不能解释氢原子光谱的精细结构 ➢ 不能解释氢原子光谱在磁场中的分裂 ➢ 不能解释多电子原子的光谱
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二、微观粒子的波粒二象性
❖ 爱因斯坦的光子学说：
（光具有波粒二象性）
E h
P h
❖ 1924年德布罗依：电子等微粒也具有波粒二象性:
P mv h
h
mv