3.4原子的能级结构
原子与分子的能级结构
原子与分子的能级结构能级结构是描述原子与分子内部的能量分布情况的一种模型。
它同时也是量子力学的基础概念之一，对于理解物质的性质和相互作用具有重要意义。
一、能级的概念能级，又称能量级，是指原子或分子所具有的能量状态。
在经典物理学中，物理系统的能量是连续分布的，但在量子力学中，能量是离散的，也就是说，原子或分子只能具有某些特定的值。
二、原子的能级结构1. 原子的电子结构在原子内部，电子围绕着原子核运动。
科学家发现，电子的运动状态并不是任意的，而是具有规律性的。
根据量子力学的理论，电子只能占据离散的能级。
2. 能级的分布原子的能级可以分为主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数等各种量子数。
主量子数决定着能级的大小，角量子数决定着能级的形状，磁量子数和自旋量子数则决定了电子在能级中的具体分布情况。
3. 能级跃迁当原子从一个能级跃迁到另一个能级时，会伴随着能量的辐射或吸收。
这就是光谱现象的产生原因。
根据能级跃迁的不同，可以得到不同的光谱，如吸收光谱、发射光谱和拉曼光谱等。
三、分子的能级结构1. 分子的电子能级与原子类似，分子内的电子也处于能级中。
但与原子不同的是，分子的电子能级结构不仅由核吸引力决定，还受到分子键的影响。
分子中，电子的运动状态和分子的几何构型紧密相关。
2. 分子的振动和转动能级除了电子能级外，分子还包括振动和转动能级。
分子的振动能级来自于分子内原子核的相对位移，而转动能级则与分子的自转和转动模式有关。
不同的分子结构和分子键对能级产生不同的影响。
3. 能级交叉与跃迁在分子能级结构中，不同的能级可以通过各种方式相互交叉和跃迁。
这种交叉和跃迁反映了分子在不同能量状态下的变化，对于理解分子的光学、电学和热学性质具有重要意义。
四、应用与展望对于原子与分子能级结构的深入研究，不仅有助于理解物质的量子力学性质，还可以应用于很多领域。
例如，光谱学、激光技术、催化反应等，都与能级结构密切相关。
此外，在纳米科技和量子计算等新兴领域中，原子与分子能级结构的研究将扮演更为重要的角色。
原子核外电子排布及表示方法1能层、能级及其最多容纳_OK
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3．元素性质递变规律
项目
同周期(从左→右) 同主族(从上→下)
电子层数相同，最外层 原子核外电
电子数逐渐增多， 子排布
1→7(第一周期1→2)
最外层电子数相 同，电子层数递 增
原子半径 逐渐减小(0族除外)
逐渐增大
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项目
同周期(从左→右)
同主族(从上→下)
电子数 2 8
18
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32
… 2n2
4
2．原子轨道
(1)s电子的原子轨道呈球形对称，ns能级上各有1个原子轨道． (2)p电子原子轨道呈纺锤形，np能级各有3个原子轨道，相互
垂直．
(3)nd能级各有5个原子轨道． (4)nf能级有7个原子轨道．
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3．原子核外电子排布原理 (1)能量最低原理：原子的核外电子排布遵循构造原理，使
最高正价＝主族序数， 元素主要 最高正价由＋1→＋7，
非金属最低负价＝主族 化合价 最低负价由－4→－1
序数－8
原子得、 失
电子能力
得电子能力逐渐增强 失电子能力逐渐减弱
得电子能力逐渐减弱 失电子能力逐渐增强
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项目
同周期(从左→右) 同主族(从上→下)
元素的第一电 离能
呈增大的趋势
ds区 ⅠB族、ⅡB族
f区
镧系、锕系
外围电子排布 ns1～2
ns2np1～6 (n－1)d1～9ns1～2
(除钯外) (n－1)d10ns1～2 (n－2)f0～14(n－1)d0～2ns2
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不同元素在硅中的杂质能级
不同元素在硅中的杂质能级1. 引言硅是一种广泛应用于电子器件制造的半导体材料。
纯净的硅晶体具有良好的电学特性，但在实际制备过程中，难免会存在一定的杂质。
这些杂质会对硅晶体的能级结构产生影响，从而改变其电学性质。
本文将探讨不同元素在硅中的杂质能级及其对硅晶体性能的影响。
2. 杂质能级概述杂质能级是指在纯净晶体中加入少量外来原子所产生的能级。
这些能级可以分为浅能级和深能级两类。
•浅能级：位于禁带边缘附近，通常由主族元素引入。
•深能级：位于禁带内部，通常由过渡金属或其他掺杂引入。
不同元素引入硅晶体时，其离子半径和化学性质都会对杂质原子与硅原子之间的相互作用产生影响，从而形成不同的杂质能级结构。
3. 常见元素在硅中的杂质能级3.1 磷（Phosphorus）磷是最常见的硅杂质之一，它通常通过扩散法引入硅晶体中。
磷原子的离子半径较硅原子大，因此它作为五价元素取代了硅晶体中的四价硅原子。
磷在硅中形成浅能级，其能级接近导带底部。
这使得磷掺杂的硅具有N型半导体性质。
3.2 硼（Boron）硼是另一个常见的杂质元素，它通常通过离子注入或扩散法引入硅晶体中。
由于硼原子的离子半径较小，它作为三价元素替代了四价的硅原子。
硼在硅中形成浅能级，其能级接近价带顶部。
这使得含有大量硼杂质的硅具有P型半导体性质。
3.3 铝（Aluminum）铝是一种常用的掺杂剂，用于改变晶体结构和电学性质。
铝可以通过离子注入或扩散法引入硅晶体中，并形成深能级。
铝在禁带内部形成了一个稳定的能级，其能级位置取决于掺杂浓度。
高浓度的铝杂质会导致硅晶体成为N型半导体。
3.4 锗（Germanium）锗是硅的同族元素，因此它与硅具有相似的晶体结构和化学性质。
锗可以通过离子注入或扩散法引入硅晶体中，并形成深能级。
锗在禁带内部形成了一个能级，其能级位置取决于掺杂浓度。
锗掺杂可改变硅晶体的电学性质。
4. 杂质能级对硅晶体性能的影响不同元素在硅中形成的杂质能级会对硅晶体的电学性质产生不同影响。
原子结构
能层: 一 二
三
KL
M
四…… N ……
能级： 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
3、注意问题
①能层与能级的关系
每一能层的能级从s开始，s,p,d,f……
能层中能级的数量不超过能层的序数
②能量关系 EK﹤EL ﹤ EM ﹤ EN Ens﹤Enp ﹤ End ﹤ Enf Ens﹤E(n+1) s ﹤ E(n+2) s ﹤ E(n+3) s Enp﹤E(n+1)p ﹤ E(n+2)p ﹤ E(n+3)p
能层 K L
M
N
能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
能级 电子 2 2 6 2 6 10 2 6 10 14
数
能层 2 8 电子
18
32
数 2n2 2n2
2n2
2n2
知识小结
1. 能层： K,L,M,N,O,P,Q,…… 2. 能级： ns,np,nd,nf，……（n代表能层） 3. 能层与能级的关系：
每一能层的能级从s开始 能层中能级的数量不超过能层的序数
1、能层
能层与能级
电子层
能层 一 二 三 四 五 六 七 …… 符号 K L M N O P Q …… 从K至Q ，能层离核越远，能层能量越大
每层最多容纳电子的数量：2n2
2、能级
同一个能层中电子能量相同的电子亚层
2 6 10
14
……ns np nd Nhomakorabeanf……
2、能级
最多容纳电子的数量 s:2 p:6 d:10 f:14
原子结构及其能级跃迁
原子结构及其能级跃迁在我们探索物质世界的奥秘时，原子结构及其能级跃迁是一个极其重要的领域。
这不仅是物理学中的关键概念，也在化学、材料科学等众多学科中有着广泛的应用。
让我们先来了解一下原子的结构。
原子就像是一个小小的“宇宙”，它由位于中心的原子核和围绕原子核运动的电子组成。
原子核非常小，但却集中了原子几乎所有的质量，它由质子和中子构成。
质子带正电荷，中子不带电。
而电子则带负电荷，在原子核外的“轨道”上运动。
但这里说的“轨道”可不是像行星围绕恒星那样有着明确的路径，而是一种概率分布。
电子在原子核外的空间中出现的位置具有不确定性，我们只能通过概率来描述它们可能出现的区域，这就是所谓的“电子云”。
那么，什么是能级跃迁呢？简单来说，电子只能在特定的、分立的能量状态下存在，这些能量状态就被称为能级。
电子在不同的能级之间移动，就叫做能级跃迁。
为什么会发生能级跃迁呢？这是因为原子要保持稳定的状态。
当原子吸收能量时，比如吸收光子，电子就有可能从低能级跃迁到高能级。
相反，当电子从高能级跃迁回低能级时，就会释放出能量，同样可能以光子的形式放出。
能级跃迁的概念对于理解原子的行为和性质至关重要。
比如，在发光现象中，当电子从高能级跃迁回低能级时，释放出的光子能量就决定了光的颜色。
不同的原子，由于其能级结构的不同，发出的光的颜色也各不相同。
这就是为什么我们能够通过光谱分析来确定物质的成分。
再比如，在激光的产生过程中，也涉及到大量原子的能级跃迁。
通过特定的机制，使得大量原子处于高能级，然后在一定条件下同时跃迁回低能级，释放出大量频率、相位相同的光子，从而形成强大的激光束。
在实际应用中，能级跃迁的知识也有着广泛的用途。
在半导体领域，通过控制材料中原子的能级结构，可以制造出各种电子器件，如晶体管、二极管等。
在量子计算中，利用原子的能级跃迁来实现量子比特的操作，为未来的计算技术带来了巨大的潜力。
从更深层次来看，对原子结构和能级跃迁的研究也推动了物理学理论的发展。
原子的能级
原子的能级原子的能级是指原子内部电子所具有的能量状态。
在原子中，电子围绕着原子核运动，其运动状态受到原子核的引力和电子之间的相互作用力的影响。
这些相互作用力使得电子只能存在于特定的能量状态，称为能级。
我们来看看原子的基态能级。
基态能级是指原子中电子所处的最低能量状态。
在基态能级下，电子处于最稳定的状态，距禢核最近，能量最低。
当外部能量作用于原子时，电子可能被激发到更高能级，这时电子会跳跃到更高的轨道上，这些更高的能级称为激发态能级。
原子的激发态能级是指电子被外部能量激发后所处的能量状态。
当原子受到外部能量的作用，电子会吸收能量，从基态能级跃迁到激发态能级。
在激发态能级上，电子处于不稳定状态，会很快返回到基态能级，释放出能量的形式，如光子。
这就是我们常见的原子发射光线的现象。
原子还具有连续和离散的能级。
连续能级是指电子能够具有无限个能量状态，它们之间的能量差是连续变化的。
而离散能级则是指电子只能具有一系列特定的能量状态，这些状态之间的能量差是固定的。
在原子内部，电子所处的能级是离散的，这导致原子在吸收或发射能量时只能发生特定的跃迁。
原子的能级结构对于物质的性质和行为具有重要影响。
不同原子的能级结构不同，导致它们在化学反应和光谱分析中表现出不同的特性。
通过研究原子的能级结构，科学家们可以深入了解物质的内部构成和性质，为材料科学、化学和物理学等领域的发展提供重要的理论基础。
总的来说，原子的能级是描述原子内部电子能量状态的重要概念。
通过对原子能级结构的研究，我们可以更深入地理解原子和物质的性质，为科学技术的发展提供有力支持。
希望本文能够帮助读者更好地理解原子的能级概念，进一步拓展对物质世界的认识。
人教版高中化学选修3课件-原子的诞生能层与能级构造原理
2．基态与激发态原子 (1)基态： 最低 能量状态。处于 最低 能量状态的 原子称为基态原子。 (2)激发态： 较高 能量状态(相对基态而言)。当基态原子 的电子 吸收 能量后，电子会跃迁到 较高能级 ，变成 激发 态 原子。 (3)基态原子、激发态原子相互转化时与能量的关系：基态 原子吸 释收 放能 能量 量激发态原子。
1．重视新、旧知识的密切联系。本章内容跟在初中化学课 程和高中必修 2 中学习的原子结构与元素性质等知识都有密切 的联系，在认识物质世界的层次上呈螺旋式上升。本章的知识 之间有着严密的逻辑关系。例如，在学习元素周期律和元素周 期表时，要以本章的原子结构理论为指导，并紧密地联系以前 学过的有关元素化合物的知识。
解析：各能层中所含有的能级数等于其能层序数，A 项错误； s 能级不管是在哪一能层上最多所容纳的电子数都为 2 个，B 项 错误；每个能层上最多容纳的电子数为 2n2，C 项错误；第一能 层中，只含 1s 能级，第二能层中，只含 2s、2p 两个能级，第三 能层(M 层)中，含有 3s、3p、3d 三个能级，D 项正确。
3.分类依据 根据多电子原子中同一能层电子 能量 的不同，将它们 分成不同能级。 4．能级的表示方法及各能级最多容纳的电子数。
三、构造原理 1．构造原理 随着原子 核电荷数 的递增，绝大多数元素的原子核外 电子的排布将遵循以下排布顺序：1s、2s、2p、3s、3p、4s、 3d 、 4p、5s、 4d 、5p、6s、 4f 、 5d 、6p、7s、……人 们把它称为构造原理。如图：
(4)能级的表示方法：
能层
能级
各能级最多容 纳的电子数
n＝1K
1s
2
n＝2L 2s 2p
26
n＝3M
3.3 3.4氢原子的能级结构
以下能量的光子能被处于基态氢原子吸收 的是（ A C ）
A: 10.2ev B: 9.8ev C: 12.09ev D: 14ev
氢原子光谱的其他线系
紫 外 线 区 红 外 区 还 有 三 个 线 系 赖曼线系
1 1 R 2 2 1 n 1
1 1 R 2 2 3 n 1
n 2， 3,4,
n 4,5,6,
帕邢线系
布喇开系
普丰特线系
1 1 R 2 2 4 n 1 1 1 R 2 2 5 n 1
B．原子B可能辐射出3种频率的光子
C．原子A能够吸收原子B发出 的光子并跃迁到能级E4 D．原子B能够吸收原子A发出 的光子并跃迁到能级E4 图1
E4 E3 E2
E1
观察下面两个光谱。上图是氢原子向外辐射光 的光谱，下图是氢原子吸收白光后散射的光谱。
思考：1、氢原子吸收光子的特点？ 2、氢原子如此偏吃，怎样的光子 才满足氢原子的胃口？
如果是一群氢原子，该群氢原子的核外电子 在某时刻有多种可能轨道．每一个跃迁时只 能发出一种光，多种轨道同时存在，则：
思考：一群处于能级为3级的氢原子能辐 射多少条光谱？ 处于4级的呢？5级呢？n级呢？
2007年高考广东卷2 2．图1所示为氢原子的四个能级，其中E1为基态， 若氢原子 A 处于激发态 E2 ，氢原子 B 处于激发态 E3 ， 则下列说法正确的是 ( B ) A．原子A可能辐射出3种频率的光子
高考试题库
氢原子的胃口： 1）光子的能量为两定态间能级差时能被氢原子 吸收； 2）若光子的能量大于或等于氢原子跃迁到电离 态，将发生光电效应，此时光子也能被氢原子 吸收。
比如：处于基态的氢 原子吸收大于13.6ev 的光子而发生光电效 应，处于第二级的氢 原子吸收大于3.4ev的 光子也会发生光电效 应。
第四节 原子的能级结构
(自发地)
Em
高能级
(吸收能量)
Em
hv
En
hv
En
低能级
低能级
在跃迁的过程中，原子辐射(或吸收)光子的 能量必须为两个能级能量差: hv= Em- En
二、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） 的状态，称为基态。 激发态：当电子受到外界激发时，可从基态迁到较 高的能级E2，E3…上，这些能级对应的状态 称为激发态。
2.轨道能级化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不 同的轨道绕核运动相对应。电子的轨道的分布也是不 连续的。
3.跃迁假设:当原子从一个能量为En的状态跃迁到另 一个能量为Em的状态时，就要发射或吸收一个频率 为 的光子.
一、能级结构猜想
能级：原子内部不连续的能量称为原子的能级。 跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程。
Rhc 从 En 2 , n 1,2 ,3 , 可算出： n
E1 13.6eV E2 3.40eV E3 1.51eV
. . .
取无穷远为零电势点上式也可以写成：
E1 En 2 , n
n 1,2,3,
高能级 ∞
５ 12 .8eV ４ 12 .1eV ３
10 .2eV ２
处于激发态的原子是不稳定的，它会向较低的能级自 发地跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形式向外 辐射.这就是氢原子发出光谱的原因
三、氢原子能级与光谱项之间的关系
丹麦物理学家玻尔在吸取前人思想的基础上，推导 出氢原子的能级满足：
Rhc En 2 , n
n 1,2 ,3 ,
n取正整数
上式表明：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。
原子的能级结构
C．从n＝4能级跃迁到n＝1能级放出的光子频率 最大
D．从n＝4能级跃迁到n＝3能级放出的光子波长 等于从n＝2能级跃迁到n＝1能级放出的光子波长
7.如图所示为氢原子的能级图，现让一束单色 光照射到大量处于基态（量子数n=1）的氢原 子上，受激的氢原子能自发地发出3种不同频 率的光，则照射氢原子的单色光的光子能量
C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的
D．氢原子光谱的频率与氢原子能级的能量 差无关
4.用光子能量为E的单色光照射容器中处于
基态的氢原子。停止照射后，发现该容器内
的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们
的频率由低到高依次为ν1、ν2、ν3，由此 可知，开始用来照射容器的单色光的光子能
量可以表示为
A. hν1；
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“粒子、 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．
氦原子光谱
牛顿力学只适用于低速运动（相对于光速） 的宏观物体，对于微观粒子的运动，牛顿
力学不适用了。
二.氢原子的能级:
1.氢原子可能的轨道:
B. hν3；
C. h(ν1+ν2)； D. h(ν1+ν2+ν3)
答案：BC
5.在氢原子光谱中，电子从较高能级跃迁到n ＝2能级发出的谱线属于巴耳末线系．若一群 氢原子自发跃过时发出的谱线中只有2条属于 巴耳末线系，则这群氢原子自发跃迁时最多 可发生 6 条不同频率的谱线．
6.大量氢原子处于n＝4的激发态，当它们向各较 低能级跃迁时，对于多种可能的跃迁，下面说法 中正确的是 （ C） A．最多只能放出4种不同频率的光子
原子的能级结构
1
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。
氢原子的能级
Rhc , n 1,2 ,3 , • 从 可算出： 2 n E1 13.6eV E2 3.40eV 以无穷远处作为零电势参考位置 E3 1.51eV En
3、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（ ACD ）
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（ D ） 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
10 .2eV ２
布喇开系 帕邢系
0 eV -0.54eV -0.85eV -1.51eV -3.4eV
巴耳末
n
赖曼系
吸 收 能 量
放 出 能 量
En
-13.6eV
0eV 低能级
１
以无穷远处为参考位置
3.能级：各状态的能量值叫能级。 （能级名称把能量不连续这一特点体现出来了） 4.能级图：用图来表示各状态的能量关系 5.用能级图解释氢原子光谱规律（重点）：
ABCD
2、下面关于玻尔理论的解释中，不正确的 说法是（ ） C 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
原子的核式结构原子的能级
原子的核式结构原子的能级原子的核式结构由原子核和电子云组成。
原子核位于原子的中心，由质子和中子组成。
质子带有正电荷，中子不带电荷。
原子核的质量约等于整个原子质量的99.9%，但体积非常小，约占整个原子体积的1/10,000。
电子云围绕着原子核的核式结构。
电子带有负电荷，质量很小。
电子云的半径可以看作是电子能级的大小，每个能级可以容纳一定数量的电子。
电子能级按照一定规律排列，较近原子核的能级能量较低，较远原子核的能级能量较高。
电子能级之间的能量差叫做能级间隔，对应于光的频率和波长。
当电子从低能级跃迁到高能级时，吸收能量；反之，从高能级跃迁到低能级时，放出能量。
原子的核式结构对物质的性质和结构起着重要的影响。
原子核决定了原子的质量和化学性质，例如质子数决定了元素的种类，质子数与中子数之和决定了原子的质量数。
电子云则决定了元素的化学反应性质，例如原子的化学键形成和断裂等。
原子核和电子云之间的相互作用力决定了原子的稳定性和化学行为。
原子的能级对化学反应和物质的性质也有着重要的影响。
根据泡利不相容原理和泡利排斥原理，每个能级上的电子自旋和量子数必须不同。
这种能级的填充规则决定了元素的电子构型和化学结构。
原子的化学反应和化学键的形成和断裂都涉及到电子的跃迁和能级的变化。
总结起来，原子的核式结构是由原子核和电子云组成的。
原子核决定了原子的质量和化学性质，电子云决定了原子的化学反应性质。
原子的能级决定了电子的运动状态和能量变化，对原子的化学反应和物质的性质有着重要的影响。
玻尔的原子模型 能级
基 （电子克服库仑引力做功增大电 势能，原子的能量增加）
吸收光子
激
跃迁
发
态
态
辐射光子 （电子所受库仑力做正功减小
电势能，原子的能量减少）
hn Em En
（ Em>En ）
总结：玻尔原子理论的基本假设：
1、能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连续的能量状 态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并
一、玻儿原子理论的基本假说
假说1、轨道量子化
针对原子核式结构模型提出
•围绕原子核运动的电 子轨道半径只能是某
些分立的数值。
•且电子在这些轨道上 绕核的转动是稳定的， 不产生电磁辐射，也 就是说，电子的轨道 也是量子化的
假说2：定态（能级）假说
针对原子的稳定性提出
电子在不同的轨道上运 动，原子处于不同的状 态．玻尔指出，原子在不 同的状态中具有不同的能 量，所以原子的能量也是 量子化的。在这些状态中 原子是稳定的，既不向外 辐射能量，也不吸收能量。
1 n2
N=6
成功解释了氢光１谱的所有谱线-13.。6
二、玻尔理论对氢光谱的解释
问题1：巴尔末公式有正整数n出现，这里我们也用正整数n来
标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？
巴尔末公式：
1 λ
RH
1 m2
1 n2
n 3，4,5,
氢 n= 原 n=5 子 n=4
巴耳末公式 R=1.10107m1 里德伯常量
三、玻尔模型的局限性
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
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。
原子的能级
原子的能级
原子的能级是指原子内电子所具有的能量级别。
在原子中，电子围绕着原子核旋转，其运动轨道并不是连续的，而是分布在不同的能级上。
这些能级的存在对于原子的性质和化学反应起着至关重要的作用。
我们来看一下原子的基态能级。
基态能级是指电子在最低能量的状态下所处的能级。
在这个状态下，电子处于最稳定的轨道上，距离原子核最近。
当外部能量作用于原子时，电子可以跃迁到更高能级的轨道上，这种现象被称为激发。
激发态能级通常比基态能级高，电子在这种状态下具有更高的能量。
除了基态和激发态能级外，原子还存在着亚稳态和离散态能级。
亚稳态能级是指处于临界状态下的原子能级，介于基态和激发态之间。
在这种状态下，电子的运动相对不稳定，容易受到外部因素的影响而发生跃迁。
而离散态能级则指电子在原子内的离散能级，这些能级的存在使得原子的能级结构呈现出多样性和复杂性。
原子的能级结构对于化学反应具有重要的影响。
在化学反应中，原子内的电子跃迁会导致能量的吸收或释放，从而影响反应的进行和速率。
不同原子之间的能级结构差异也是化学反应发生的原因之一。
通过对原子能级结构的研究，科学家们可以更好地理解化学反应的机理和规律，为新材料的设计和合成提供理论基础。
总的来说，原子的能级结构是原子内部电子能量分布的重要表现形式，对于原子的性质和化学反应具有重要影响。
通过研究原子的能级结构，我们可以更深入地了解原子的内部结构和性质，为化学领域的发展做出贡献。
希望未来能有更多的科学家投入到这一领域的研究中，探索原子世界的奥秘，推动科学的发展和进步。
原子和分子的能级结构
原子和分子的能级结构原子和分子是构成物质世界的基本单位，它们的能级结构对于了解物质的性质和相互作用非常重要。
本文将从能级结构的概念、原子的能级结构、分子的能级结构以及其应用等方面进行阐述。
一、能级结构的概念能级结构是指原子或分子中各个能级的排布和能量差异。
在一个体系中，能级越低的能量越低。
原子或分子中的电子可以存在于不同的能级上，电子在能级之间跃迁时会吸收或释放能量。
而能级结构则反映了电子的能级分布和跃迁行为。
二、原子的能级结构原子的能级结构是指原子中不同能量的电子分布。
原子核周围的电子分为不同的能级，每个能级又可以分为不同的轨道。
最内层的能级称为基态，其他能级称为激发态。
电子可以通过吸收或释放能量从一个能级跃迁到另一个能级。
当电子从高能级跃迁到低能级时，会释放出能量，即发生辐射；当电子从低能级跃迁到高能级时，则需要吸收能量。
三、分子的能级结构分子的能级结构是指分子中原子间的电子跃迁行为以及相应的能级分布。
分子的能级结构由原子间的键合以及分子结构决定。
在分子中，原子的能级会发生分裂和重组，形成分子的分子轨道。
分子轨道可以由原子轨道线性组合得到，分子轨道的形成使得电子在分子中的运动变得复杂。
不同的分子轨道对应不同的能量，电子可以在这些能级之间跃迁，吸收或释放能量。
分子的能级结构决定了分子的性质和相互作用。
四、能级结构的应用能级结构对于理解和应用原子和分子的性质、反应以及光谱等方面有着重要的作用。
例如，通过研究分子的能级结构可以了解分子的电子态、键能以及光谱特性。
这对于化学合成、材料学、生物学等领域具有重要意义。
此外，能级结构还与激光、原子钟、光电器件等科学技术设备密切相关。
能级结构的研究为我们揭示了微观世界中原子和分子的神秘之处，对于推动科学技术的发展至关重要。
总结起来，能级结构是原子和分子的重要性质。
原子的能级结构决定了电子的分布和跃迁行为，分子的能级结构则决定了分子的性质和相互作用。
对于了解和应用物质世界中的原子和分子，深入研究能级结构是不可或缺的。
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二、玻尔原子模型 能级
已知氢原子在基态时电子轨道半径r1＝0.53×10－10 m，能量为E1 ＝－13.6eV。静电力常量为k＝9×109N· m2/C2，普朗克常量为h＝ 6.63×10－34 J· s。 求：⑴电子在基态轨道上运动的动能； ⑵氢原子处于第四能级的激发态跃迁到第二能级的激发态时， 辐射的光波的波长是多少？ 2 2 2 2 2 n kn n 2 2 n n n 1
C 6
2 4
二、玻尔原子模型 能级
原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有可能不发射光子
例如在某种条件下，铬原子的n=2能级上的电子跃迁到n=1能级上时 并不发射光子，而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子，使之 能脱离原子，这一现象叫做俄歇效应，以这种方式脱离了原子的电
A 子叫做俄歇电子，已知铬原子的能级公式可简化表示为 E N 2 , n
二、玻尔原子模型 能级
㈠、玻尔原子模型
定态假说 原子只能处于一系列不连续的能量状态中， 这些状态称为定态。 原子不同能量状态跟电子沿不同轨道绕核运 动相对应。因定态不连续，所以电子可能轨 道分布也是不连续的。
玻 尔 模 型
轨道假说
rn= n2 r1
r1＝ 0.53态跃迁到另一定态时,要辐 射（或吸收）一定频率的光子,光子能量 等于两定态的能量差。
二、玻尔原子模型 能级
㈢. 玻尔理论的局限性
玻尔理论能够十分圆满地解释氢光谱并且预言了氢原 子辐射电磁波谱的问题，其成功之处在于引进了量子化的 观点；但是，在解释其它原子光谱时遇到了很大的困难， 因为玻尔理论过多地保留了经典理论。
二、玻尔原子模型 能级
AB C 玻尔原子模型中所做的假设有 A、原子处于定态的能量状态时，虽然电子做加速运动，但并不向 外辐射能量。
B、原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应， 而电子的可能轨道的分布是不连续的。 C、电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，辐射（或吸收）一定频率 的光子。
2
D、电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率。
h Em En
e 2 k 2 m(2 ) rn rn
二、玻尔原子模型 能级
氢原子的能级如图所示 ，已知可见光的光子能量范围约为 1.62eV～3.11eV．下列说法错误的是 D A．处于n＝3能级的氢原子可以吸 收任意频率的紫外线，并发生 电离 B．大量氢原子从高能级向n＝3 能级跃迁时，发出的光具有 显著的热效应 C．大量处于 n＝4能级的氢原子 大量 向低能级跃迁时，可能发出 6种不同频率的光 D．大量处于n＝4能级的氢原子 向低能级跃迁时，可能发出 3种不同频率的可见光
v e k m r r
1 e E mv k 2 2r
Ek1＝13.6eV
Ep1＝－27.2eV
e k nr
E1 E1 C 2 h 2 4 2
16hc 4.875 10 7 m 3E1
n ∞
5 4
3 2
0 -0.54 -0.85
E/eV
-1.51
-3.4
E1 En 2 n
( E1 13.6eV )
一个氢原子处于量子数为n的激发态 时，最多可辐射出的光谱线条数为
N n -1
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) 2 N Cn 2
式中n=1，2，3……表示不同能级，A是正的已知常数，上述俄歇
电子的动能是 A．3A/16 B．7A/16 C．11A/16
C
Ek (E 2 E1 ) E4
D．13A/16
二、玻尔原子模型 能级
若原子的某内层电子被电离形成空位，其它层的电子跃迁到该 空位上时，会将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来，此电磁辐 射就是原子的特征x射线．内层空位的产生有多种机制，其中的一 种称为内转换，即原子中处于激发态的核跃迁回基态时，将跃迁时 释放的能量交给某一内层电子，使此内层电子电离而形成空位(被 214 电离的电子称为内转换电子)． Po的原子核从某一激发态回到基 态时，可将能量E0=1.416 MeV交给内层电子(如K、L、M层电子， K、L、M标记原子中最靠近核的三个电子层)使其电离．实验测得 从 214 Po 原子的K、L、M层电离出的电子的动能分别为Ek=1.323 MeV、EL=1.399 MeV、EM=1.412 MeV．则可能发射的特征x射线 的能量为 A．0.013 MeV B．0.017 MeV C．0.076 MeV D．0.093 MeV
放出光子
h Em En
高能级
吸收能量
低能级
氢原子的能级满足：
Rhc En - 2 ，n 1,2,3 n
R为里德伯常量，n为能量量子数
E1 En 2 ，E1 -13.6eV n
二、玻尔原子模型 能级
㈡. 能级 1. 原子各个定态对 应的能量是不连续 的，这些能量值叫 做能级。 2. 基态和激发态： 能量最低的状 态（对应n=1）叫 做基态， 其它状态（对 应n=2、3、4……） 叫做激发态。 3. 氢原子的能级图 1 -13.6
K层电子具有的能量
E1 E0 Ek E2 E 0 E L
L层电子具有的能量
＋
M层电子具有的能量
Ｋ Ｌ Ｍ
E3 E0 E M
可辐射的原子特征Ｘ射线有 ３ 种
L K E2 E1 0.076MeV M L E3 E2 0.013MeV M K E3 E1 0.089MeV