第十八章 4 玻尔的原子模型

典题例解 【例 1】 (多选)关于玻尔理论,以下论断中正确的是( ) A.原子的不同定态对应于电子沿不同的圆形轨道绕核运动 B.当原子处于激发态时,原子向外辐射能量 C.只有当原子处于基态时,原子才不向外辐射能量 D.不论当原子处于何种定态时,原子都不向外辐射能量
解析:据玻尔理论第三条假设知 A 正确,根据玻尔理论第一、二 条假设知不论原子处于何种定态,原子都不向外辐射能量,原子只有 从一个定态跃迁到另一个定态时,才辐射或吸收能量,所以 B、C 错 误,D 正确。
简答:电子的轨道是量子化的,电子在这些轨道上绕核转动时,虽然做加速运动, 但不向外辐射能量。
预习导引
一、玻尔原子理论的基本假设 1.轨道量子化 玻尔认为,电子绕原子核做圆周运动,服从经典力学的规律,但轨
道不能是任意的,只有半径在符合一定条件时,这样的轨道才是可能 的,也就是说:电子的轨道是量子化的。电子在这些轨道上绕核的转 动是稳定的,不产生电磁辐射。
答案:AD
迁移应用 (多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有( ) A.原子处在具有一定能量的定态中,虽然电子做加速运动,但不向外 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个轨道时,辐射(或吸收)一定频 率的光子 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 解析:选项中前三项都是玻尔提出来的假设,其核心是原子定态 概念的引入与能级跃迁学说的提出,也就是“量子化”概念;原子的不 同能量状态与电子绕核运动不同的轨道相对应,是经典理论与量子 化概念的结合。 答案:ABC
预习交流 2 电子在核外的运动有固定的轨道吗?玻尔模型中关于轨道量子
化的理论如何理解?
答案:在原子内部电子的运动无轨道可言。只不过当原子处于不 同能级时,电子出现在 rn=n2r1 处的几率大。
一、 玻尔原子理论的基本假设
知识精要 1.第一条假设——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,但并不向外辐射能量。这些状态叫定 态。(本假设是针对原子稳定性提出的) (1)基态:在正常状态下,原子处于最低能级,这时电子在离核最 近的轨道上运动,这种定态叫基态。 (2)激发态:原子处于较高能级时,电子在离核较远的轨道上运动, 这种定态叫激发态。除基态以外的定态都叫激发态。
2.第二条假设——轨道量子化假设
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,如图所示。轨道半径 rn=n2r1(n=1,2,3,…),式中 r1 代表第一条(即离 核最近的)可能轨道的半径,rn 代表第 n 条可能轨道的半径。
例如:氢原子的电子绕核运动时,其最小半径是 0.53×10-10 m,不 可再小,电子还可能在半径是 2.12×10-10 m、4.77×10-10 m……的轨道 上运行,但轨道半径不可能是介于这些数值中间的某个值。
3.第三条假设——跃迁假设 原子从一种定态(设能量为 En)跃迁到另一种定态(设能量为 Em) 时,它辐射(或吸收)一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能 量差决定,即 hν=Em-En,这个式子称为频率条件公式,也叫辐射条件 公式,h 为普朗克常量,ν 为光子的频率。
三、玻尔模型的局限性 1.玻尔理论的成功之处 玻尔的原子理论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 对更复杂的原子发光,玻尔理论却无法解释,它的不足之处在于
过多地保留了经典理论。把电子运动看成是经典力学描述下的轨道 运动。
3.电子云 根据量子观念,核外电子的运动服从统计规律,而没有固定的轨 道,我们只能知道它们在核外某处出现的概率大小,画出来的图像就 像云雾一样,稠密的地方就是电子出现概率大的地方,把它形象地称 作电子云。
2.解释气体放电发光 气体放电管中的原子受到高速运动的电子的撞击,有可能跃迁 到激发态,激发态是不稳定的,会自发地向低能级跃迁,放出光子。 3.解释氢原子光谱的不连续 原子从较高的能态向低能态跃迁时放出光子的能量等于前后
两能级差,由于原子的能级是分立的,所以放出的光子的能量也是分 立的,因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。
4
玻尔的原子模型
目标导航
1.能记住玻尔原子理论的基本假设的内容。
学习目 2.记住能级、跃迁、能量量子化以及基态、激
标
发态等概念。
3.能用玻尔原子理论简单解释氢原子模型。
重点难 重点:玻尔原子理论的基本假设。
点
难点:对玻尔理论的理解。
激趣诱思
卢瑟福的核式结构模型很好地解释了 α 粒子的散射实验,但很 快就遇到了现实中的困难,例如原子核外电子绕核旋转时,据经典电 磁理论它要向外辐射能量,轨道半径会越来越小,但实际上电子在绕 核旋转时却不向外辐射能量。我们该怎样解决这一困难呢?
2.能量的量子化 电子在不同轨道上运动时能量是不同的,轨道的量子化势必对 应着能量的量子化,这些量子化的能量值叫作能级。这些具有确定的 能量稳定状态称为定态,能量最低的状态叫作基态。也就是说,原子 只能处在一系列不连续的能量状态中。氢原子基态能量为-13.6 eV。
3.频率条件 当电子从能量较高的定态轨道跃迁到能量较低的定态轨道时, 会辐射出能量为 hν 的光子,这个光子的能量由前后两个能级的能量 差决定,即 hν=Em-En。反之会吸收光子。 预习交流 1 氢原子的能量具体包括几种能量?
答案:原子的能量包括:原子的原子核与电子所具有的电势能和 电子运动的ห้องสมุดไป่ตู้能。
二、玻尔理论对氢光谱的解释 1.玻尔理论解释巴耳末公式 按照玻尔理论,从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为
hν=Em-En;巴耳末公式中的正整数 n 和 2 正好代表能级跃迁之前和之 后的定态轨道的量子数 n 和 2。并且理论上的计算和实验测量的里 德伯常量符合得很好,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。