原子结构与元素周期律ppt

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(
1 22
1 n2
)
ν: 谱线波长的倒数, 波数(cm-1). n:大于2的正整数(量子数).
瑞典物理学家
Balmer (1825-1898)
当n = 3, 4 , 5, 6 分别对应氢光谱中
↓ ↓↓ ↓
H、H、H、H 、 Balmer系
8
里得堡(Rydberg) ------瑞典 1913
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光子能量的大小与光的频率成正比。
E = hν
式中 E 为光子的能量，ν 为光子的频率，h 为 Planck 常 数，其值为 6.626×10-34 J·s。
物质以光的形式吸收或放出的能 量只能是光量子能量的整数倍。
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2 玻尔（Bohr）理论
Bohr理论的三点假设： (1)核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动，
√ 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
玻尔理论的不足之处 ×不能解释多电子原子、分子或固体的光谱 × 不能解释氢原子光谱的精细结构
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2.1.2 微观粒子运动的特性
1. 量子化性
由于原子中电子的能量是不连续的变化，故是量子 化的，所以量子化性是原子中电子及一切微观粒子 运动状态的特性之一。
和光子的能量公式 E = h ν 的联立出发，进行推理：
mc2 h mc2 h c mc h
用
P
表示动量，则
P = mc ，故有公式
P
h
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电子衍射实验
证实了德布罗意的假设--微观粒子具有波粒 二象性。
衍射环—波动性！ 21
3.统计性
（1） 测不准原理(Werner Heisenberg, 1926) 对于具有量子化和波粒二象性运动的微观粒子不可
2
§2.1 氢原子光谱和微观粒子的运动特性 § 2.2 氢原子核外电子运动状态的量子力学描述 § 2.3 多电子原子核外电子的运动状态 § 2.4 元素的性质与原子结构的关系
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§2.1 氢原子光谱和微观粒子的运动特性
为什么要研究氢原子的光谱？ 这是因为氢原子光谱反映了氢原子的外 层电子排布和运动状态； 原子的组成—原子核和核外电子—原子 结构
Calcium Carbon Helium Hydrogen Iron Krypton Magnesium Neon Nitrogen Oxygen Sodium Sulfur Xenon
规律？
Hale Waihona Puke 77原子光谱中，各谱线的波长或频率有一定的规律性。
巴尔麦( J. Balmer)经验公式(1885)
v
3.289
1
RH
(
1 n12
1 n2 2
)
c
RH
c(
1 n12
1 n2 2
)
v 3.2911015 ( 1 1 )s-1
n1 = 1, 2… n2： n2 > n1的正整数
： 谱线的频率(s-1)
n12 n22
Rydberg (1854-1919)
瑞典物理学家
RH：里得堡(Rydberg) 常数1.097 ×107 m-1
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2.1.1 氢原子光谱和波尔理论
连续光谱(自然光)
电磁波连续光谱 c = λν
连续光谱(实验室)
5
5
1. 氢原子光谱
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
Balmer 系
紫蓝
氢原子的 青 特征线状光谱红
6
6
所有元素都具有特征发射光谱！
第2章 原子结构和元素周期律
学习基本要求
掌握： 微观粒子运动的特性；氢原子的核外电子运动 状态，波函数、原子轨道、电子云的概念及角 度分布图、四个量子数的合理组合及物理意义 ；多电子原子的原子轨道能级图和能级组，核 外电子分布原则及其分布。
了解： 各周期元素原子结构和元素性质周期律，元素 的分区，原子半径、电离能、电子亲和能、电 负性、氧化数与原子结构的关系。
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2 核外电子运动的波粒二象性
1924 年，法国年轻的物理学家 L. de Broglie ( 1892 — 1987 )指出，对于光的本质的研究，人们长期以来注重其波动 性而忽略其粒子性；与其相反，对于实物粒子的研究中，人 们过分重视其粒子性而忽略了其波动性。
L. de Broglie 从 Einstein 的质能联系公式 E = m c 2
轨道离核越远，能量越大。
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（3）处于激发态的电子不稳定，可以跃迁
到离核较近的轨道上。
从激发态回到基态释放光能，光的频率取决于轨 道间的能量差：
hν = E2-E1
ν = E2-E1 h
各能级的能量为：
-13.6 E = n2 eV
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玻尔理论的成功之处
√ 解释了 H 及 He+、Li2+、B3+ 的原子光谱
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n1=3 n1=2 n1=1
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氢原子光谱特征: ①线状的,不连续的 ②有规律的
理论上如何解释？
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矛盾
十九世纪末，科学家们试图用经典的电磁理论 解释氢光谱的产生和规律性时，发现用经典电 磁理论和卢瑟福的有关原子结构的行星模型理 论来解释与其实验结果发生了尖锐的矛盾。按 其推论氢光谱等原子光谱应是连续光谱，但实 际情况是氢光谱等原子光谱不是连续光谱，而 是线状光谱。
在同一个轨道中运动时，电子能量固定。
轨道角动量
L
=
n
h 2π
Bohr量子化条件
这些轨道称为稳定轨道，它具有固定的能量。沿此轨 道运动的电子，称为处在定态的电子，它既不吸收也 不发射能量。
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（2）电子在不同轨道上运动时具有不同的能量，即具 有许多定态。
通常，电子处在离核最近的轨道上，能量最低，原 子处于基态； 原子得能量后，电子被激发到高能轨道 上，原子处于激发态。把这些具有不连续能量的定态 称为能级。
这些矛盾用经典理论是不能解释的。
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① 1900 年，德国科学家 Planck 提出了著名的 量子论。Planck 认为在微观领域能量是不连续 的，物质吸收或放出的能量总是一个最小的能 量单位的整倍数。这个最小的能量单位称为能 量子。
② 1905 年Einstein 在解释光电效应时，提出了 光子论。Einstein 认为能量以光的形式传播时 ，其最小单位称为光量子，也叫光子。
能同时准确测定它的空间位置和动量（或速度）。
x p h / 4π
Δx －粒子的位置不确定量 Δ p －粒子的运动速度不确定量
位置测定越准确，其相应动量 的准确度就越小，位置和动量不 能同时被精确测定。