第四节-原子的能级结构
原子核的结构和核能级
原子核的结构和核能级原子核的结构是由质子和中子组成的。
质子带正电荷，中子不带电荷。
在原子核内，质子和中子通过强相互作用力相互作用，维持着原子核的稳定性。
而核能级则是指原子核中核子所处的能量状态。
原子核的结构如下所示：1. 质子：质子是原子核中的一种粒子，具有正电荷。
质子的质量约为1.67×10^-27千克。
2. 中子：中子是原子核中的一种中性粒子，不带电荷。
中子的质量约为1.67×10^-27千克。
3. 质子数和中子数：原子核中的质子数决定了元素的化学性质，而质子数和中子数的总和决定了元素的质量数。
4. 原子核半径：原子核的直径一般在10^-15米的数量级，比整个原子的尺寸小了几万倍，但占据了原子的绝大部分质量。
核能级是指原子核中核子所处的能量状态。
核能级的概念类似于电子在原子外层轨道上所处的能量状态。
原子核中的核子也具有一定的能量级别，能量级别越高，核子的能量越大。
核能级的特点如下：1. 离散性：核能级的能量是离散的，即只能取特定的值。
这是由于原子核处于限定的空间中，只有特定波长的波函数才能在此空间内存在。
2. 填充原理：核能级满足填充原理，即按照一定的顺序填充核子，每个核子占据不同的核能级。
填充原理与保里不相容原理相类似，即每个核能级最多只能容纳一定数目的核子。
3. 能级跃迁：核能级之间的能级差决定了核反应的发生。
当核子从一个能级跃迁到另一个能级时，核反应就会发生，释放出能量。
核能级的研究对于理解核物理和核反应有着重要的意义。
通过研究核能级的分布和填充规律，科学家可以揭示原子核的结构和性质，进而推测更深层次的核力学规律。
总结起来，原子核的结构由质子和中子组成，核能级则是描述原子核中核子所处能量状态的概念。
深入研究原子核的结构和核能级有助于我们更好地了解核物理的奥秘，推动核能的应用及相关技术的发展。
原子结构知识：原子的电子云模型
原子结构知识：原子的电子云模型原子的电子云模型是描述原子中电子位置的一种理论模型。
电子云模型被引入到化学、物理、材料科学等领域，被广泛应用于研究分子结构、物质性质等问题。
本文将对原子的电子云模型进行详细地介绍。
一、原子的基本结构原子是组成物质的最基本单位，在原子中有原子核和电子两部分。
原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子没有电荷。
电子是带负电的，它们围绕着原子核旋转。
原子核和电子的吸引力使得它们保持在一起。
二、经典物理学下的原子模型在经典物理学的时期，原子被认为是一个刚性的球形结构，电子围绕着原子核以类似于行星绕太阳的方式运动。
这个模型被称为“行星模型”或“Rutherford-Bohr模型”。
根据这个模型，原子的核心有一个半径为r的球形区域，里面包含着质子和中子。
电子绕核心旋转，共有n个不同的能级。
电子能够从低能级跃迁到高能级，从而具有不同的能量。
当电子从高能级回到低能级时，会释放出能量，发出特定的光谱线。
然而，这个模型仍存在着许多问题，在描述实验结果时存在不足。
如光谱线的解释不足、电子粒子性与波动性的矛盾等等。
三、量子力学下的原子模型随着物理学的发展，出现了新的理论——量子力学。
在这个理论下，原子的电子云模型开始得到越来越多的认同。
根据量子力学，原子的电子云并不是一个刚性的球形结构，而是一种模糊的云状结构。
根据海森堡不确定性原理，电子的位置和动量不能同时被准确地确定，在空间中某个特定的位置，电子的位置只有一定的概率。
这个概率分布在三维空间内，形成了电子云。
电子云的密度代表了电子在空间中被找到的概率。
量子力学中，原子的电子云模型又被称为波函数，用Ψ(x,y,z)来表示。
它是复数函数，取模的平方可以算出在空间中某一位置发现电子的概率。
电子云的形状和大小并不固定，取决于电子的能级和其他条件。
电子的能量越高，电子云越大。
四、原子的能级结构和波函数形状根据波函数可以把电子云画出来。
以下是几种比较常见的原子的电子云模型。
原子结构中的电子排布规律与原子能级图
原子结构中的电子排布规律与原子能级图在原子结构中，电子的排布规律决定了元素的性质和化学行为。
电子按照一定的规则分布在原子的能级上，形成了原子能级图。
本文将探讨原子结构中的电子排布规律以及原子能级图的构建。
一、电子排布规律1. 起始原则：根据泡利不相容原理，每个原子中的电子的四个量子数（主量子数n、角量子数l、磁量子数ml和自旋量子数ms）不能完全相同。
因此，首先填充最低能级的电子。
2. 奥卡规则：根据奥卡规则，电子填充顺序为按照能级的升序（主量子数n增大）填充。
当能级相同时，按照角量子数l的升序填充。
这一规则保证了电子填充的有序性。
3. 霍克规则：根据霍克规则，每个轨道（具有相同主量子数n和角量子数l的电子组合）最多容纳2个电子，且这2个电子的自旋量子数相反。
这一规则成为“违反泡利不相容原理”的例外。
二、原子能级图在原子能级图中，横坐标表示主量子数n，纵坐标表示能量。
每条横线代表一个能级，能级距离越小，电子的能量越高。
以下是一些常见的原子能级图：1. 氢原子：氢原子只有一个电子，根据能级公式En = -13.6/n^2（n为主量子数），氢原子的能级图为一系列离散的水平线。
每条水平线上的能级数目由角量子数l决定。
2. 多电子原子：多电子原子的能级图更为复杂。
由于电子之间的排斥作用，使得能级分裂成了更多的子能级。
不同角量子数对应的子能级之间存在能级差。
3. 周期表：通过观察周期表中的元素，我们可以了解到原子能级图的一些规律。
周期表中的每一行代表一个主量子数n的能级，而每个周期表中的元素代表不同的电子填充顺序。
总结起来，原子结构中的电子排布遵循一定的规律，其中起始原则、奥卡规则和霍克规则是主要的规律。
而原子能级图则是用来表示不同能级和子能级之间的能量关系。
通过研究电子的排布规律和原子能级图，我们可以更好地理解原子的性质和化学行为。
通过本文的讨论，我们可以得出结论：原子结构中的电子排布规律与原子能级图是相互关联的，它们共同构成了描述原子结构的重要工具。
可见光谱与原子的能级结构
可见光谱与原子的能级结构人类与光的关系源远流长，我们依靠光来看清世界，从太阳光中获取能量，通过光信号进行通讯。
可见光谱的研究为我们揭示了原子的能级结构，深化了我们对物质世界的理解。
本文将探讨可见光谱与原子能级结构之间的关系。
在19世纪末的实验中，化学家们发现当化合物受到高温加热时会发出彩虹色的光，这一现象引起了科学家的极大兴趣。
他们注意到光的颜色与化合物的组成有关。
随着技术的不断发展，研究者开始对可见光的频谱进行更加深入的观察与分析。
在进行光谱研究时，科学家们首先将样品放置在高能量的电弧中，激发化合物中的原子或分子。
随后，这些激发态的原子或分子开始向低能量级跃迁，释放出特定的光能，形成不同波长的可见光谱。
通过对这些可见光谱的观测，我们可以获得有关物质组成和结构的重要信息。
正是因为原子的能级结构使得可见光谱成为可能。
原子中的电子围绕着原子核旋转，每个电子具有特定的能级。
当电子从一个能级跃迁到另一个能级时，它就会吸收或释放能量，导致特定波长的光线的发射或吸收。
原子的能级结构与电子的轨道分布密切相关。
电子围绕原子核运动的位置和状态由不同的轨道决定。
这些轨道分为不同的“壳层”，每个壳层包含多个能级。
能级越高，能量越大。
在可见光谱中，我们常常观察到离子成分发出的光线。
当原子获得或失去电子时，会形成带正电或负电的离子，称为离子。
这些离子中的电子跃迁产生的可见光谱与原子的不同。
事实上，在某些情况下，离子的光谱可以提供比气体光谱更丰富的信息。
通过分析可见光谱，我们不仅可以了解到原子的能级结构，还能进一步研究其他性质，例如原子的轨道形状、能态及电子激发态的寿命等。
这些信息对于我们理解原子和分子的物理和化学性质非常重要，从而有助于推动科学和技术的发展。
除了理论研究，可见光谱还被广泛应用于实际中。
例如，医学领域利用血液吸收可见光的特性来进行血红蛋白含量的测量，以诊断疾病。
在材料科学中，通过光谱分析可以判断材料中的杂质含量，确保其质量。
第四章原子结构简介
18
【例如】n＝3， l＝0，1，2 l 可以有三个取值。也就是说，第三电子层有
三个亚层，分别是：3s、3p、3d。 同一层中（n相同），l 越大，则轨道的能量越高。
E3s E3p E3d
另外，l 不同的原子轨道，形状不一样。
08:28
19
角量子数与电子亚层、轨道形状的对应关系
角量子数 亚层符号 轨道形状
鲍林原子轨道能级图★
08:28
29
08:28
30
E4s E4p E4d E4f
08:28
31
08:28
32
从鲍林近似能级图可以看出，各轨道能级次序如下：
1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f< 5d<6p<7s<5f<6d<7p
08:28
能量相同的轨道称为简并轨道（或等价轨道）， 如：3px、3py、3pz 互相称为等价轨道。
08:28
23
l＝2，m＝-2，-1，0，+1，+2 五个取值，说明d 轨道在空间有5个不同取向 的原子轨道：
dz2 、dxy 、dxz 、dx2 y2 、d yz
08:28
24
根据n、l、m三个量子数的取值范围，可以 确定每个电子层中原子轨道的数目。
理奖 量子概念是1900年普朗克首先提出的，到今天已经一百多年 了。期间，经过玻尔、德布罗意、玻恩、海森柏、薛定谔、 狄拉克、爱因斯坦等许多物理大师的创新努力，到20世纪30 年代,初步建立了一套完整的量子力学理论
08:28
4
§4-1 氢原子光谱和玻尔理论
原子核的质量公式与能级结构
原子核的质量公式与能级结构引言：原子核是构成物质的基本单位，其内部结构复杂且充满了神秘。
通过研究原子核的质量公式和能级结构，我们可以更好地理解原子核的性质和行为。
在本文中，我将从定律到实验准备以及实验过程进行详细解读，并对实验的应用和其他专业性角度进行探讨。
一、原子核的质量公式的介绍：原子核的质量公式描述了原子核的质量与其组成粒子的质量之间的关系。
其中最著名的质量公式就是爱因斯坦的质能方程E=mc^2。
这个公式揭示了质量与能量之间的等价关系，也是核能的基础原理。
二、实验准备：1. 材料准备：准备一定数量的放射性同位素样本，以及用于测量其放射能量和质量的仪器和设备。
2. 环境准备：实验需要在一个封闭的实验室环境中进行，以确保安全性和数据的准确性。
3. 实验人员安全：实验人员需要穿戴防护设备，如实验服、手套和面具等，以避免接触放射性材料可能带来的危险。
三、实验过程：1. 样本制备：将放射性同位素样本适当量放入实验设备中，确保样本的纯度和稳定性。
2. 能谱测量：使用探测器测量样本的辐射能谱，这可以帮助我们确定放射性材料的放射能量分布。
3. 质量测量：通过质谱仪等设备对放射性样本进行质量测量，以获得原子核的质量。
4. 能级结构分析：根据能谱测量的结果，我们可以研究原子核的能级结构，并进一步深入了解原子核内部粒子的特性和相互作用。
四、实验应用：1. 核能研究：通过测量放射性样本的能谱和质量，我们可以获取有关核能的重要信息，从而应用于核能的开发与利用。
2. 核物理学研究：根据能级结构的分析，我们可以推断和研究原子核内部组成粒子的行为和性质，进一步深入了解原子核的内部结构和反应过程。
3. 辐射医学：通过测量放射性样本的能谱和质量，可以在医学领域应用于各种辐射治疗和诊断技术，如放射性同位素治疗和PET扫描等。
五、其他专业性角度：1. 核武器：原子核质量公式的研究对核武器的设计和制造起着重要的作用。
通过测量原子核的质量以及能级结构的分析，可以预测并优化核武器的性能。
第二章 第4节 玻尔的原子模型 能级
第4节玻尔的原子模型__能级一、玻尔的原子结构理论(1)电子围绕原子核运动的轨道不是任意的，而是一系列分立的、特定的轨道，当电子在这些轨道上运动时，原子是稳定的，不向外辐射能量，也不吸收能量，这些状态称为定态。
(2)当原子中的电子从一定态跃迁到另一定态时，才发射或吸收一个光子，其光子的能量hν＝E n－E m，其中E n、E m分别是原子的高能级和低能级。
(3)以上两点说明玻尔的原子结构模型主要是指轨道量子化和能量量子化。
[特别提醒]“跃迁”可以理解为电子从一种能量状态到另一种能量状态的瞬间过渡。
二、用玻尔的原子结构理论解释氢光谱1．玻尔的氢原子能级公式E n＝E1n2(n＝1,2,3，…)，其中E1＝－13.6 eV，称基态。
2．玻尔的氢原子中电子轨道半径公式r n＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1＝0.53×10－10 m。
3．玻尔理论对氢光谱解释按照玻尔理论，从理论上求出里德伯常量R H的值，且与实验符合得很好。
同样，玻尔理论也很好地解释甚至预言了氢原子的其他谱线系。
三、玻尔原子结构理论的意义1．玻尔理论的成功之处第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功地解释了氢原子光谱的实验规律。
2．玻尔理论的局限性不能说明谱线的强度和偏振情况；不能解释有两个以上电子的原子的复杂光谱。
1．判断：(1)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的。
()(2)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态。
()(3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁。
()(4)玻尔理论只能解释氢光谱的巴尔末系。
()答案：(1)√(2)√(3)×(4)×2．思考：卢瑟福的原子模型与玻尔的原子模型有哪些相同点和不同点？提示：(1)相同点：①原子有带正电的核，原子质量几乎全部集中在核上。
②带负电的电子在核外运转。
(2)不同点：卢瑟福模型：库仑力提供向心力，r的取值是连续的。
原子的能级结构
4、当用能量为12.6 eV的电子去轰击为激发的氢 原子时，试求这些氢原子所能达到的最高能态？
• 课堂小结： • 1、波尔理论及基本概念 • 2、氢态向低能级跃迁时， 产生的光谱线可能有几条？（请作图）
5 4 3 2
1
2、(2014)如图是氢原子从n=3、4、5、6能级跃迁 到n=2能级时辐射的四条光谱线，其中频率最大的 是 • A．Hα
原子的能级结构
一、认识科学家玻尔
波尔原子模型
• 波尔的分层模型
电 子 分 层 排 布
二 、玻尔的原子理论
三条假设
（1）“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,电子虽做变速运动,但并不向 外辐射电磁波,这样的相对稳定的状态称为定态。 （ 2）“跃迁假设”：电子绕核转动处于定态时不辐 射电磁波，但电子在两个不同定态间发生跃迁时，却 要辐射（吸收）电磁波（光子），其频率由两个定态 的能量差值决定 。 hv=E2-E1
( )
E∞ E4
E3 E2 -54.4 eV E1
A．40.8 eV
0 -3.4 eV
-6.0 eV -13.6 eV
B．41.0 eV
C．43.2 eV
D．54.4 eV
• 能力测试 • 5、氢原子中核外电子从第2能级跃迁到基 态时，辐射的光照射在某金属上时能产生 光电效应．那么，处于第3能级的氢原子向 低能级跃迁时，辐射出的各种频率的光可 能使此金属板发生光电效应的至少有( ) A ． 1种 B ． 2种 C． 3种 D ． 4种
应用
• 1、大量原子从n=3的激发态向低能级跃迁 时，产生的光谱线可能有几条？
• 对应的能量差值为？请对能量差值大小比 较？
2、思考——如果原子从基态吸收能量呢？
原子的结构
1s 2s 2 p 3s 3 p 3d 4s
2
2
6
2
6
10
1
写出下列原子的核外电子排布式和电 子排布图。
2 2 5
↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑
氟（9F） 1s 2s 2 p
2 2
1s
2
↑↓
2s
↑↓ ↑↓
2p
↑↓ ↑↓ ↑↓
1 镁（12Mg）s 2s 2 p 3s
6
1s
2s
2p
3s
总结：以下是表示铁原子的3种不同化学用语。 结构示意图 电子排布式 铁 原 子
29Cu：
1s22s22p63s23p63d104s1
注：并不是所有原子的核外电子都符合构造 原理。
三、能量最低原理
原子的电子排布遵循构造原理 能使整个原子的能量处于最低 状态。简称能量最低原理
（1）基态原子：处于最低能量的原子叫基态 原子。 （2）激发态原子：当基态原子的电子吸收能 量后，电子会跃迁到较高的能级，变成激发态 原子。相反，电子从较高能量的激发态跃迁到 较低能量的激发态甚至基态时，将释放出能量。 （3）基态与激发态的关系
如：
Na：1s22s22p63s1
[Ne]3s1
简化为
3s1是钠原子
的外围电子排 布式
表示钠的内层电子排布与上一周期稀有气 体元素Ne的核外电子排布相同 试写出8号、14号、26号元素的简化排布式
思考与交流
从元素周期表中查出铬、铜的外围电子层 排布。它们是否符合构造原理？
Cr：1s22s22p63s23p63d54s1 24
基态原子 吸收能量 激发态原子
释放能量
光（辐射）是电子释放能量的重要形式之一
高中物理课件第2章 第4节 氢原子光谱与能级结构
[后思考]
被测电阻值越大，流过电流表表头的电流越小，电流的大小与被测电阻的阻
值成反比，这种说法对吗？为什么？
【提示】
电流I＝
E Rx＋R＋Rg＋r
，Rx越大，电流越小，但二者不是反比关
系．
[合作探讨]
甲
乙
丙
图2-8-2
如图2-8-2所示，甲、乙、丙分别为欧姆表红黑表笔短接、红黑表笔断开、被
测电阻为Rx所对应的电路图．
[再判断] 1．氢原子光谱是不连续的，是由若干频率的光组成的．( √ ) 2．由于原子都是由原子核和核外电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相 同的．( × ) 3．由于不同元素的原子结构不同，所以不同元素的原子光谱也不相同．(√ )
[后思考] 氢原子光谱有什么特征，不同区域的特征光谱满足的规律是否相同？ 【提示】 氢原子光谱是分立的线状谱．它在可见光区的谱线满足巴耳末公 式，在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式．
[后思考] 玻尔理论的成功和局限是什么？
【提示】 成功之处在于引入了量子化的观念，局限之处在于保留了经典粒 子的观念，把电子的运动看做是经典力作用下的轨道运动．
[核心点击] 1．成功方面 (1)运用经典理论和量子化观念确定了氢原子的各个定态的能量并由此画出能 级图． (2)处于激发态的氢原子向低能级跃迁辐射出光子，辐射光子的能量与实际符 合的很好，由于能级是分立的，辐射光子的波长也是不连续的． (3)不仅成功地解释了氢光谱的巴尔末系，计算出了里德伯常数，而且，玻尔 理论还预言了当时尚未发现的氢原子的其他光谱线系，这些线系后来相继被发 现，也都跟玻尔理论的预言相符．
[先填空]
1．理论推导
按照玻尔原子理论，氢原子的电子从能量较高的能级跃迁到n＝2的能级上
第四节-原子的能级结构 PPT
能级向高能级跃迁。
Em
hv
Em
Em
En
总结：能级结构猜想
能级：原子内部不连续的能量状态所具有的的能量称 为原子的能级。 数值上等于原子在定态时的能量值。
跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程。 在跃迁的过程中，原子辐射(或吸收)光子的能
量为:
hv= Em- En 辐射条件
Em和En分别为跃迁前后的能级
能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形式向 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。
n=4
n=3 n=2 n=1
E4
E3 激 发 态
E
2
电子轨道
E1 基态
能级
n 高能级
∞
12 .8eV３４５
12 .1eV
２
10 .2eV
１
低能级
氢原子能级结构
普丰德系
布喇开系
大家有疑问的，可以询问和交流
注意： ⑴原子的能量一般指电势能与动能之和
即：En=(EP+EK) ﹤0
⑵电子吸收到的能量恰好等于当时能量的绝 对值时,电子恰好被电离。恰好电离后En=0、 EP=0、 EK=0
⑶电子吸收到的能量大于当时能量的绝对值时， 电子被电离，电离后E﹥0、 EP=0、 EK﹥0 ⑷电子吸收能量的形式一般有两种
在各轨道上对应的能级(包括电子的动能和 电势能的总和)
En
1 n2
E1,其中E1
13.6eV
(取无限远处的电势能为0)
氢原子的能级
从
En
Rhc n2
n=1,2,3,4，……n取正整数
可算出：
E113.6eV 以无穷远处作为零电势参考位置
原子结构和电子能级
原子结构和电子能级原子结构和电子能级是物质世界中最基本的概念之一，它们对于了解物质性质和化学反应至关重要。
本文将探讨原子结构的组成和电子能级的性质。
一、原子结构的组成原子是构成物质的基本单位，由原子核和围绕核运动的电子组成。
原子核是原子的中心，由质子和中子组成。
质子带有正电荷，中子不带电荷。
质子的数量决定了原子的原子序数，即元素的化学性质。
而电子则围绕着原子核轨道运动，电子的数量决定了原子的电荷性质。
在一个稳定的原子中，质子数和电子数相等，使得原子整体呈电中性。
二、电子能级的性质在原子中，电子存在于不同的能级中，每个能级又可以分为不同的轨道。
电子的具体位置和能量取决于其所处的能级和轨道。
能级的数目与电子的能量有关，这一点与楼梯的层次类似。
能级越高，电子的能量越高。
电子能级有一些基本特性：1. 能级分布：根据量子力学的理论，电子能级是离散的，存在于特定的位置，并且按照一定的顺序填充。
这种顺序遵循了泡利不相容原理，即每个能级最多只能有两个电子，并且这两个电子的自旋方向相反。
2. 能级间距：能级之间的能量差异是不同的，这取决于原子核的电荷数和电子与核之间的相互作用力。
能级间的能量差异决定了电子在不同能级之间跃迁时的能量变化，并且在吸收或发射光子时具有特定的频率。
3. 能级填充规则：电子填充能级时，会先填充低能级，然后逐渐填充高能级。
这符合阻塞原理和洪特规则，能够确保能级填充的稳定性和原子的稳定性。
4. 电子能级的变化：原子在受到外界激发或失去能量时，电子能级会发生变化。
当电子从低能级跃迁到高能级时，会吸收能量，反之则会释放能量。
这种能级变化是能谱分析和原子光谱的基础。
总结起来，原子结构和电子能级是物质世界中的基本组成单位和性质。
通过对原子结构的了解，可以更好地理解元素的化学性质和反应行为。
而电子能级的性质则为我们解释了光谱现象和能级跃迁等重要现象提供了理论基础。
深入研究原子结构和电子能级的特性，对于科学研究和技术应用都具有重要的意义。
原子的能级结构
Hδ Hγ
E2= -3.4ev410.1nm NhomakorabeaHβ
486.1nm
Hα
652.2nm
434.0nm
λ/nm n=1 E1= -13.6ev
其它线系
3、跃迁的规律。
⑷原子从激发态向基态跃迁时会随机发出的 不同波长的光
( E1 13.6eV )
氢原子基态能量 n=1 ，E1=-13.6ev；
En
E1 2 n
其他激发态的能 级为： n=2， E2=-3.4ev； n=3，E3=-1.51, n= 4，E4=-0.85ev …..
光谱线系的形成
• 能级间的跃迁产生不连续的谱线，从不同能级跃迁 到某一特定能级就形成一个线系，如巴耳末系是氢 原子从n=3，4，5，…能级跃迁到n=2的能级时辐 射出的光谱。
完
第四节 原子的能级结构
能级结构的猜想
猜想：在氢气放电过程中，辐射出来 光的同时氢原子的能量也在减少，而 能量的减少对应于原子从一个状态变 化到另外一个状态，如果能量是连续 减少的，那么形成的光谱必定是连续 光谱。但是氢原子的光谱是分立的， 因此我们猜想原子内部的能量也是不 连续的。
1.能级：原子内部不连续的能量称为原子能级 2.跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的 过程 3、跃迁的规律。 ⑴处于高能级的原子能自发向低能级跃迁， 并辐射光子; ⑵处于低能级的原子向高能级跃迁，则要吸 收光子或通过其他途径获得能量， ⑶光子的能量由两个能级的能量差决定 hν=Em－En 视频
氢原子的能级
1.玻尔的原子能级
推导：
2.氢原子的能级公式
原子与分子的能级结构
原子与分子的能级结构原子与分子是构成物质世界的基本单位，它们的能级结构对物质的性质和相互作用起着重要的影响。
在这篇文章中，我们将探讨原子与分子的能级结构以及它们在电子能级、振动能级和转动能级等方面的表现。
一、电子能级结构原子和分子的电子能级结构是指不同能量的电子所处的能级状态。
在原子中，电子绕核心运动形成各个不同能量的轨道，这些轨道被称为电子能级。
一般来说，原子的电子能级是分立的，电子只能占据特定的能级。
以氢原子为例，它的电子能级结构是非常简单的。
氢原子只有一个质子和一个电子，质子带正电荷，电子带负电荷。
当电子处于最低能级时，它的能量最低。
当电子吸收能量时，它可以跃迁到较高的能级；当电子释放能量时，它可以跃迁回较低的能级。
这种跃迁过程导致了不同光谱线的产生。
二、振动能级结构分子是由原子组成的，分子的振动能级结构与分子中原子之间的相对运动密切相关。
分子在不同振动模式下具有不同的能级。
以双原子分子为例，当两个原子彼此靠近时，它们之间会发生简谐振动。
根据量子力学理论，分子的振动能级是量子化的，即只能取离散的数值。
当分子处于基态时，它的振动能级最低。
当分子吸收能量时，它可以跃迁到较高的振动能级；当分子释放能量时，它可以跃迁回较低的振动能级。
这种跃迁过程在红外光谱中得到了广泛应用。
三、转动能级结构分子不仅在振动上具有能级结构，同时也在转动上具有能级结构。
分子的转动能级取决于分子的转动惯量和角速度。
分子的转动能级是量子化的，分为转动角动量为整数的正转动能级和转动角动量为半整数的反转动能级。
转动能级的能量间隔随着分子的转动惯量的增加而增加。
一般来说，大分子的转动能级间隔更小，小分子的转动能级间隔更大。
结语原子与分子的能级结构是探讨物质性质和相互作用的重要基础。
电子能级结构、振动能级结构和转动能级结构相互关联，共同决定了物质在能级间跃迁时吸收和释放的能量，进而影响了物质的光谱特性和化学性质。
研究原子与分子的能级结构不仅是理论方面的问题，也具有广泛的应用价值，对于材料科学、化学工程和光谱学等领域的发展起到了重要的推动作用。
电子结构与元素周期表原子的能级与元素的化学性质
电子结构与元素周期表原子的能级与元素的化学性质电子结构是指描述一个原子或离子中电子分布情况的方式。
它对元素的化学性质和反应途径起着决定性的作用。
元素周期表是按照元素的原子序数及其元素周期表周期递增地排列，揭示了元素之间的规律和关系。
本文将探讨电子结构与元素周期表如何相互作用，以及这种相互作用如何影响元素的化学性质。
一、电子结构与元素周期表1. 原子结构与能级原子由质子，中子和电子组成。
原子核带正电荷，电子带负电荷，并围绕原子核以不同的能级进行运动。
电子的能级越高，与原子核的距离越远。
按照能级从内向外填充电子，原子的电子结构逐渐完全，直到达到最外层电子，也称为价电子。
2. 主族元素和过渡元素元素周期表中，元素按照原子序数从左到右排列。
其中，具有相似化学性质的元素被归为同一族。
具有完全填充的最外层s和p能级的元素被称为主族元素，如氢、锂、氮、氧等。
而不完全填充的d能级元素被称为过渡元素，如铁、铜、钴等。
二、电子结构与化学性质1. 原子尺寸元素的原子尺寸与其电子结构有关。
原子的电子云由价电子主导，因此外层电子的排布方式会影响原子尺寸。
电子结构中电子层的数量较多，电子云扩展较大，原子尺寸较大。
而填充电子层较少，电子云较为紧凑，原子尺寸较小。
2. 电离能电离能指的是从原子中移除一个电子所需的能量。
电子结构中，最外层电子的电离能最低。
对于主族元素，最外层电子层的主量子数较大，电子与原子核的相互作用较弱，因此电离能较低。
而对于过渡元素，由于d能级电子的阻挡效应，最外层电子与原子核的相互作用较强，电离能较高。
3. 电负性元素的电负性表征了元素获取电子的能力，即元素吸引电子的强度。
电负性与原子结构和电子云的性质有关。
元素周期表中，从左向右和从下到上，元素的电负性增加。
对于主族元素，原子尺寸相对较大，电子云较分散，易于接受电子，电负性较低。
而对于过渡元素，原子尺寸较小，电子云较紧凑，更难接受电子，电负性较高。
4. 化合价化合价是指一个原子与其他原子在化合物中所组成的化学键的数量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
巴耳末
可 见
吸
放
光收
出
能
能
量
量
赖曼系
以无穷远处为参考位置
En
0 eV -0.54eV -0.85eV -1.51eV -3.4eV
-13.6eV
光谱分析：主要是用线状谱
可见光大约范围： 380nm~780nm
光谱分析
氢原子的光谱的巴尔末系
氢原子的能级计算:
Rhc
En n2
氢原子的轨道关系:
Rhc m2
(
Rhc n2 )
1
R m2
(
R n2
)
课堂练习
1.下面关于玻尔理论的解释中, 正确的说法是( AD) 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。
三．原子跃迁的几个问题
1．能量变化问题
例. 氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的
能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子
在轨道上运动的动能。氢原子的电子由外层
轨道跃迁到内层轨道时 （ ）
A
A、氢原子的能量减小，电子的动能增加
设想：原子内部的能量也是不连续的 结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提出假 设：
定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状
态中，在这些具有确定能量状态的原子是稳定的， 电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状 态叫定态
玻尔理论的基本假设
轨道能级化假设：
导与练P78
课堂练习
7、3、4、11
4.实物粒子和原子的碰撞问题
由于实物粒子的动能可部分或全部被原子吸收，所以只
要入射粒子的动能 大于或等于 原子某两定态能之差，
也可使原子受激发而向高能态跃迁。导练P78,10
5．跃迁与概率的综合问题
例４. （2004全国理综）现有1200个氢原子被激发到量
子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，
②电子与其它粒子碰撞时吸收能量（全吸 收或部分吸收）
（1） 动能跟n 的关系
由
ke2 rn 2
m vn2 rn
得
Ekn
1 2
m vn 2
ke2 2rn
1 n2
（2）电势能跟n的关系
Ep
e
ke ke2
- e-
rn
rn
1 n2
（3）能级能量与n的关系
En
Ek
Ep
- ke2 2rn
E3 1.51eV
能级间的跃迁产生不连续的谱线，从不同能级跃迁 到某一特定能级就形成一个线系。
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“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．
半经典半量子理论，存在逻辑上的缺点，即把微观粒子看成是遵 守经典力学的质点，同时，又赋予它们量子化的特征。
二、能级与光谱项之间的关系
知识回顾：
1885年,巴耳末对当时已知的,在可见光区的4条谱线作 了分析,发现这些谱线的波长可以用一个公式表示：
公式可写成： 1 T (m) T (n)
其中T（m）和T（n） 称为光谱项
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。
跃迁假设:从一个定态到另一个定态
(1)处于高能级的原子会自发
地向低能级跃迁，并且在
这个过程中辐射光子 。
(2)反之，原子吸收了特定频
率的光子或者通过其他途
径获得能量时便可以从低
hv
能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形式向 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。
n=4
n=3 n=2 n=1
E4
E3 激 发 态
E
2
电子轨道
E1 基态
能级
n 高能级
∞
12 .8eV３４５
12 .1eV
２
10 .2eV
１
低能级
氢原子能级结构
普丰德系
布喇开系
第四节
原子的能级结构
经典理论的困难
卢瑟福的原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾
e 核外电子绕核运动
辐射电磁波，能量变少 电子轨道半径连续变小，最后会栽在原子核上
辐射电磁波频率连续变化 原子不稳定
事实上：原子是稳定的，
原子光谱是线状谱
电子总是绕着原子核运动
玻尔理论的基本假设
现象：氢原子光谱是分立(线状)的，原子是稳定的.
在跃迁的过程中，原子辐射(或吸收)光子的能量为:
hv= Em- En 辐射条件
Em和En分别为跃迁前后的能级
能级与光谱项之间的关系
能级的计算
Rhc En n2
n=1,2,3,4，……n取正整数
根据辐射条件：hv= Em- En
h
Em
En
Rhc m2
(
Rnh2c)
hc
E1 n2
1 n2
对氢原子的任何能级而言,电势能的绝对值等于
电子动能值的2倍,因此电子绕核运动的动能恰好
等于n=1的能级绝对值.
一、氢原子的能级
基态：在正常状态下，氢原子处于最低的能级E1 (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，可从基态跃迁到较 高的能级E2，E3…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
能级向高能级跃迁。
Em
hv
Em
Em
En
总结：能级结构猜想
能级：原子内部不连续的能量状态所具有的的能量称 为原子的能级。 数值上等于原子在定态时的能量值。
跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程。 在跃迁的过程中，原子辐射(或吸收)光子的能
量为:
hv= Em- En 辐射条件
Em和En分别为跃迁前后的能级
即：En=(EP+EK) ﹤0
⑵电子吸收到的能量恰好等于当时能量的绝 对值时,电子恰好被电离。恰好电离后En=0、 EP=0、 EK=0
⑶电子吸收到的能量大于当时能量的绝对值时， 电子被电离，电离后E﹥0、 EP=0、 EK﹥0 ⑷电子吸收能量的形式一般有两种
①吸收合适频率光子的能量（可能全吸收 或全不吸收）
在各轨道上对应的能级(包括电子的动能和 电势能的总和)
En
1 n2
E1, 其中E1
13.6eV
(取无限远处的电势能为0)
氢原子的能级
从
En
Rhc n2
n=1,2,3,4，……n取正整数
可算出：
E1 13.6eV 以无穷远处作为零电势参考位置
En
E1 n2
,
n 1,2,3,L
E2 3.4eV
能级的计算
最先得出氢原子能级表达式的，是丹麦物理学 家玻尔，他在吸取前人思想的基础上，通过大胆 假设，推导出氢原子的能级满足：
En
Rhc n2
n=1,2,3,4，……n取正整数
式子表明，氢原子的能量是不连续的，只能取一
些定值，也就是说氢原子的能量是量子化的,因此
n也被称为能量量子数。
注意： ⑴原子的能量一般指电势能与动能之和
B、氢原子的能量增加，电子的动能增加
C、氢原子的能量减小，电子的动能减小
D、氢原子的能量增加，电子的动能减小
三、 几个需要注意的问题
2．原子跃迁时释放光子的频率种数问题
一群氢原子处于量子数为n的激发态时， 可能辐射出的光谱线条数为 n(n 1) ，一个
2
氢原子处于量子数n为的激发态时，最多 可能辐射出的光谱线条数为 n 1 。
则在此过程中发出的光子总数是多少？假设处在量子
数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都
是处在该激发态能级上的原子总数的１／（n-1）。
（）
A
A、2200
B、2000
C、1200
D、2400
1