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。
原子结构知识：原子的能级结构和谱线
原子结构知识：原子的能级结构和谱线原子的能级结构和谱线原子是物质的基本单位，由原子核和电子组成。
原子核带有正电荷，电子带有负电荷，电子云中的电子按照一定的能级分布。
当电子在不同能级之间跃迁时，会发射或吸收特定频率的电磁辐射即谱线。
原子的能级结构电子在原子中的运动方式是量子力学的。
电子的能量是量子化的，即只能取某些离散的值。
电子的能量和位置不能同时确定，它们之间的关系由海森堡测不准原理给出。
在原子中，电子能够取的能级由量子数来描述。
量子数有主量子数n、角量子数l、磁量子数m和自旋量子数s。
主量子数n决定电子的能级大小，取值为1、2、3、4…；角量子数l决定电子运动的轨道和运动方式，它的取值与n有关，l的取值为0到n-1；磁量子数m描述角动量在轨道平面上投影的大小和方向，取值为-l到l；自旋量子数s描述电子的自旋状态，取值为+1/2或-1/2。
对于一个原子来说，不同的电子状态由不同的量子数组合而成，因此原子的能级结构也是由不同的能级组合而成。
原子的基态是最低能量状态，可以被描述为n=1，l=0，m=0，s=+1/2或-1/2的状态。
相邻两个能级之间的能量差值是固定的，可以由公式ΔE=hν得到，其中h为普朗克常数，ν为频率。
这意味着，当电子从高能级跃迁到低能级时，会发射特定频率的电磁辐射，称为发射谱线；当电子从低能级跃迁到高能级时，会吸收特定频率的电磁辐射，称为吸收谱线。
原子的谱线原子发射谱线是由电子从高能级跃迁到低能级时产生的辐射，吸收谱线是由电子从低能级跃迁到高能级时吸收电磁辐射。
原子的谱线是唯一的，因为原子发射或吸收的谱线与其能级结构有关。
原子吸收辐射的谱线和发射谱线形成了原子的光谱。
原子光谱是一个原子发射或吸收的谱线的集合，它可以用来确定元素的组成，以及研究原子的结构和性质。
原子谱线在实际应用中有广泛的用途。
比如，在天文学中，利用原子的发射和吸收谱线可以研究天体的物理结构和组成；在分析化学中，利用元素发射和吸收谱线可以分析元素的含量和组成；在医学成像中，利用放射性同位素的辐射可以产生发射谱线，从而研究组织和器官的代谢和功能情况。
原子的电子层和能级结构
原子的电子层和能级结构在化学中，原子的电子层和能级结构是描述原子内电子分布和能量分布的重要概念。
了解原子的电子层和能级结构，对于理解化学反应、元素性质以及原子间的相互作用具有重要意义。
本文将详细介绍原子的电子层和能级结构。
一、电子层的概念及分布原子的电子层是指围绕原子核运动的电子的轨道。
根据电子能量不同，电子层可以分为K层、L层、M层等多个层次。
K层离原子核最近，能量最低；L层稍远离原子核，能量相对较高；M层则更远离原子核，能量更高。
每个电子层又包含一个或多个亚层，亚层则进一步划分为s、p、d、f等不同类型。
不同原子有不同数量的电子。
根据泡利不相容原理和阿伦尼乌斯规则，每个电子层的最大容纳电子数有限。
K层最多容纳2个电子，L层最多容纳8个电子，M层最多容纳18个电子，以此类推。
二、能级结构的概念及能级图原子的能级结构描述了原子内电子的能量分布。
根据量子力学的理论，电子在原子中并不是任意能量的，而是被限制在特定的能级上。
能级结构可以用能级图来表示，能级图是一种以能级为横轴、能量为纵轴的图表。
能级图分为多个水平线，每条水平线代表一个能级。
每个能级上有对应的电子数，通过填充能级上的电子数可以了解原子的化学性质和稳定性。
三、原子的基态和激发态原子的基态是指原子内电子分布在能量最低的状态，稳定且不容易发生变化。
原子可以通过吸收或释放能量，使得电子从基态跃迁到激发态。
激发态是指原子内电子跃迁至能量较高的状态。
激发态相对不稳定，会很快回到基态。
原子跃迁到激发态时，电子会吸收能量，跃迁回基态时则会释放能量。
根据电子能级的不同，原子吸收或释放的能量也不同，这是化学反应以及光谱学等领域研究的重要内容。
四、电子层和能级结构对化学性质的影响原子的电子层和能级结构对于元素的化学性质具有重要影响。
通过电子层和能级结构，可以了解原子的反应性、化合价、原子半径等性质。
例如，原子的反应性与其最外层电子数有关。
元素周期表中，同一族元素的最外层电子数相同，因此具有相似的化学性质。
原子的能级结构与谱线
原子的能级结构与谱线原子是构成物质的基本单元，而原子的能级结构以及由此产生的谱线是研究原子性质和物质相互作用的重要内容之一。
在过去的几个世纪里，科学家们通过不断的实验和理论研究，揭示了原子的能级结构和谱线的奥秘，为后来的物理学和化学发展提供了重要的基础。
能级结构是指原子的能量状态的分层结构。
经典物理学中，我们将原子看作是一个粒子在确定轨道上运动的模型，这种模型被称为布尔模型。
根据这个模型，原子的能量是连续的，而非离散的。
然而，19世纪末的实验结果却表明，原子的能量是离散的，存在着特定的能级。
1900年，普朗克提出了能量量子化的假设，将能量分为一个个离散的量子。
之后，玻尔根据普朗克的假设，改进了布尔模型，提出了太阳系模型，即电子围绕原子核旋转，而且只能处于特定的能级上。
这就是著名的玻尔模型，或称玻尔理论。
根据玻尔模型，电子处于各个能级上时，都有特定的能量。
当光线或其他形式的能量作用于原子时，电子会吸收能量，从低能级跃迁到高能级，这被称为激发。
当电子返回低能级时，会释放出能量，这反过来形成了能级之间的谱线。
根据玻尔理论，电子能级之间的跃迁发射的光子的能量正好等于两个能级之间的能级差，由此产生了谱线。
原子的能级结构与谱线是通过实验和观测得到的。
科学家们通过光谱仪等设备，观测到了原子发射和吸收的谱线，并对这些谱线进行了分类和研究。
根据实验结果，科学家们发现，不同的元素会产生不同的谱线，这为元素的区分和识别提供了有效的手段。
同时，科学家们还发现了一些特殊的谱线现象，如红移和蓝移现象。
这些发现推动了对原子能级结构和谱线产生机制的深入研究。
现代物理学中的量子力学理论给出了更加精确的原子能级结构和谱线的描述。
量子力学将电子视为波动和粒子性的叠加体，通过薛定谔方程来描述电子的运动和能级分布。
量子力学理论预测的能级和谱线与实验结果吻合得非常好，加深了人们对原子性质的理解。
原子能级结构和谱线不仅仅是理论研究的课题，也在许多实际应用中发挥着重要的作用。
原子的能级结构与光谱特征
23
但原子实与氢原子核不同，价电子有相当的概率出现在原子实内部。所以平均而言，价 电子感受到的有效核电荷数不是 1，而是大于 1 的值，设为 Z*（>1） 。由此引起的能量降低 称为轨道贯穿。 相同的主量子数 n，角量子数 l 小的电子，出现在原子核附近的概率大，感受到的有效
∗ ∗ ∗ 核电荷数也越大，即 Z ns > Z np > Z nd > .... ，所以碱金属价电子的能级不仅与 n 有关，还显
M
M J 可能取值的个数。
在典型的 LS 耦合下，一个 给定的电子组态可能形成的各 个原子态的能量高低次序， 可以 用洪德 (F.Hund)提出的一个经 验法则来确定。 它的内容可陈述 如下： 图 2.2 2 3 PJ 光谱项及其分裂示意图 （1）对一给定的组态，能 量最低的原子态必定具有泡利 原理所允许的最大 S 值； (2)相同 S 值的状态中，L 值最大的态的能量最低； (c)在电子组态为(nl)v 的情形下，当价电子数 v＜(2l+1)，即不到半满支壳层时，一个 多重态中 J 值最小的状态其能量最低，这称为正常次序；而在 v＞(2l+1)时，即超过半满支 壳层的情形，J 值最大的状态其能量最低，这是倒转次序。 例 1、某原子的一个光谱项为 2 PJ ，试画出其能级图。
25
每个电子的状态仍用四个量子数（n，l，ml，ms）表征。电子在原子中的分布遵从下列 两个原理： 1、泡利不相容原理 在多电子原子中，不能有任何两个电子处于完全相同的状态， 亦即不可能具有相同的四个量子数。 因此，角量子数为 l 的支壳层上可以容纳的最多电子数为 N l = 2（2 l+1） ；当 n 给定时， l 的可能值为 0，1，2，….（n-1）共 n 个，所以，每一个壳层可以容纳的最多电子数目为
原子的能级结构与光谱特征
原子的能级结构与光谱特征
原子是构成物质的基本单位，其能级结构是描述原子能量分布和电子状态的理论框架。
原子的能级结构与光谱特征密切相关，通过对原子的能级结构的研究可以揭示物质的电子结构以及物质的光谱特征。
原子的能级结构与光谱特征有着密切关系。
当原子受到能量激发时，其电子会从低能级跃迁到高能级，吸收能量的过程称为激发。
而当电子从高能级返回低能级时，发出能量，这个过程称为跃迁。
跃迁产生的能量以电磁波的形式发出，这样就形成了原子的光谱。
原子的光谱特征可以分为吸收光谱和发射光谱两种。
吸收光谱是指原子吸收外界光的过程中产生的光谱。
当原子处于低能级时，随着外界光的照射，原子的电子会吸收光的能量，跃迁到高能级。
在这个过程中，原子会吸收光谱中特定波长的光，形成吸收光谱带。
吸收光谱是一个连续的谱带，其中的黑线（或吸收线）对应着原子跃迁到高能级的特定电子能级，即原子的能级结构。
发射光谱是指原子经过激发后，电子从高能级跃迁至低能级时产生的光谱。
当原子处于激发态时，电子跃迁至基态时会发出光，这些光以原子特定的波长发射出来，形成发射光谱线。
发射光谱是一个离散的谱线，其中每一条发射线对应原子从高能级跃迁至低能级的过程，即原子的能级结构。
发射光谱具有独特的谱线模式，被广泛应用于光谱分析、光谱学和核物理等领域。
简而言之，原子的能级结构决定了原子吸收和发射光的波长和强度，从而形成了原子的光谱特征。
通过对原子能级结构和光谱特征的研究，我们可以了解原子的电子结构和性质，进一步深入理解物质的行为和性质。
原子物理学中的能级结构
原子物理学中的能级结构能级结构是原子物理学中一个重要的概念，它描述了原子中电子的运动状态和能量分布。
通过对能级结构的研究，科学家们揭示了许多关于原子的奥秘，并为现代科学技术的发展做出了重要贡献。
一、能级的概念与性质在原子中，电子围绕原子核运动，其运动状态和能量分布是由能级决定的。
能级是指电子可能的能量状态，而每个能级对应着不同的能量值。
电子处于低能级时，其能量较低，而处于高能级时，其能量较高。
能级的性质主要有以下几点：1. 不连续性：原子中的能级是离散的，即存在能量间隔。
这是由于量子力学的性质所导致的，电子只能在能级之间跃迁，不能连续地变化能量。
2. 具有顺序性：原子中的能级按照一定的顺序排列，从低能级到高能级递增。
不同原子存在不同的能级结构，这也是原子之间差异的来源之一。
3. 内部结构：每个能级中可能存在多个子能级，这是由于轨道量子数的不同导致的。
子能级之间的能量差也是离散的，这进一步丰富了原子的能级结构。
二、能级结构的研究与发展历程能级结构的研究始于20世纪早期，随着量子力学的发展而得到了深入探究。
通过实验和理论研究，科学家们逐渐解析了原子中电子的能级分布和跃迁规律。
最早的研究是对氢原子的能级结构的研究。
由于氢原子只有一个质子和一个电子，其能级结构相对简单，容易研究。
尤其是尼尔斯·玻尔提出了玻尔模型，成功地解释了氢原子光谱的规律，这是原子物理学领域的重要突破之一。
随后，科学家们开始研究其他原子的能级结构。
由于其他原子的电子数目较多，能级结构更加复杂，研究的难度也相对增大。
但是通过数以千计的实验和改进的量子力学模型，科学家们逐渐揭示了原子中电子的运动和能级分布。
三、能级结构的应用与意义原子的能级结构不仅是理论物理学的重要内容，也在实际应用中发挥重要作用。
首先，原子的能级结构是解释和理解原子光谱的关键。
光谱是原子发射、吸收、散射光的特征，通过分析光谱可以了解原子的能级分布和跃迁规律。
这对于研究物质的性质、结构和组成具有重要意义，例如在天体物理学中，通过分析宇宙中的光谱信息，可以了解到宇宙的组成和演化。
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。
原子和分子的能级结构和光谱特性
原子和分子的能级结构和光谱特性能级结构与光谱特性是原子和分子物理学中最基本也是最重要的内容之一。
在化学、物理、天文学、材料科学等领域，能级结构与光谱特性的研究都有着重要的应用价值。
本文将从能级结构和光谱特性两方面分别讨论原子和分子的基本情况和研究方法。
一、原子的能级结构和光谱特性原子是分子和物质形成的基本单元，其内部的能级结构和光谱特性一直是科学家们关注和研究的重点。
原子的能量是量子化的，只能取一些离散的值，并且与确定的量子数有关，因此原子的能级结构可以使用量子力学中著名的玻尔模型进行描述。
玻尔模型假设原子的电子绕核心旋转，其轨道半径和角动量均处于固定的量子态，与原子核间的距离有关。
当一个原子从一级能量态跃迁到另一个能量态时，它会发射或吸收一定能量的光子以保持能量守恒。
原子的能级结构决定了它们在光学和光谱学中的性质。
当原子受到能量激发或电子跃迁时，会发出或吸收频谱线，以发光或吸收光的形式表现在光谱上。
这主要涉及原子的电子能级的变化。
原子的电子在不同能级上有不同的分布，当一个原子处于一个高能态时，它可以通过放射发射出辐射能来衰减到一个低能态，发出一定能量的光子，形成发射谱。
同样的，原子也可以吸收一定的能量激发到一个高能态，从而形成吸收谱。
这种现象被称为光谱线。
二、分子的能级结构和光谱特性分子是由两个或更多原子结合而成的化合物，它们的能级结构和光谱特性与原子有很大的不同。
分子的电子云结构是复杂的，从而产生很多不同的能级。
这个问题是由于分子中的原子之间的相互作用，如共价键和非共价键相互作用，导致每个分子中的原子的能级分裂。
分子的光谱学分为振动光谱和旋转光谱。
分子振动是分子中原子的相对位移，并伴随着能量的变化，而分子旋转是分子作为一个整体的旋转。
分子的振动光谱包括红外光谱和拉曼光谱。
红外光谱是利用分子的振动能级差，通过在不同波长下测量吸收谱，从而得到物质的化学成分和结构信息。
不同的化学键和它们发生的振动不同，导致吸收谱的振动谱线也不同。
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
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？
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
原子的能级结构
３
-1.51
２
-3.4
１
-13.6
能级的跃迁
原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁 的过程，是辐射能量的过程，这个能量以光子的 形式辐射出去，从而形成不连续的明线光谱。
原子从较低的激发态或基态向较高的激发态跃迁 的过程，是吸收能量的过程，吸收光子，从而形 成吸收光谱。
一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐
第四节 原子的能级结构
知识回顾：
玻原尔子假的说内：部的氢 级能量原 怎连是续子 么不光谱连的 表：续能 示的。 呢？
能级：原子内部不连续的能量称为能级。
跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的
过程。 h Em En
氢原子的能级推导
由1
l
R
1 m2
1 n2
两边乘hc得
hc
l
Rhc m2
Rhc n2
射出的光谱线条数为
N n(n 1) 2
练习：
小结
能级、跃迁、能级图
基态 E1 Rhcn2
N n(n 1)
2
The end!
En
Rhc n2
n 1,2,3
R是里德伯常量，1.097107 m1
h是普朗克常量，6.631034 J S
c是光速，3.0108 m s1
n是正整数，叫能量量子数。
氢原子的能级
ev是1能.基量态单:在位正，常它状等态于下一，个原电子处电于荷最量低的能粒 子级在，电这势时差电为子1V在的离两核点最之近间的移轨动道时上获运得动或， 失这去种的状能态量叫。基态。(E1)
,
而
c
l
故h
Rhc m2
Rhc n2
，
原子能级知识点
原子能级知识点原子能级是描述原子内部电子能量的概念。
在原子中，电子围绕着原子核运动，其运动状态由一系列能量不同的能级所决定。
本文将分析和讨论原子能级的基本概念、能级的结构以及能级间的跃迁等核心知识点。
一、原子能级的基本概念原子能级是指电子在原子内部的能量状态。
每个原子都有一系列不同能量的能级，用量子数来表示。
电子在能级上可以具备不同的能量，且能级之间的能量差称为能隙。
原子能级的数目取决于原子的结构和其所属的元素。
二、能级的结构原子的能级结构由电子的主量子数、角量子数和磁量子数来决定。
主量子数决定了能级的大小，角量子数决定了能级的形状，而磁量子数则决定了不同能级内的电子状态。
1. 主量子数（n）：主量子数决定了一个原子能级的大小，其数值与能级的半径和电子能量的大小成正比。
主量子数可以是整数值，且从1开始递增。
2. 角量子数（l）：角量子数决定了能级的形状，其数值范围从0到n-1。
常见的角量子数值及其表示的形状为：s（0，球状）、p（1，掌状）、d（2，双虚线叠加的圆球状）和f（3，花状）。
3. 磁量子数（ml）：磁量子数代表了能级内电子的磁性质，其数值范围从-l到l。
磁量子数决定了电子在空间中的取向。
三、能级间的跃迁原子的能级之间可以发生跃迁，即电子从一个能级跃迁到另一个能级，吸收或发射光子。
跃迁可以分为吸收和发射两种类型。
1. 吸收能级跃迁：当一个原子吸收能量，电子会从低能级跃迁到高能级。
这个过程中，吸收的能量正好等于两个能级之间的能隙。
2. 发射能级跃迁：当电子从高能级回到低能级时，会释放出多余的能量，形成光子。
这个过程称为发射能级跃迁。
能级跃迁是原子吸收和发射特定波长的光线的基础。
不同的元素由于其不同的能级结构，会吸收和辐射不同波长的光，这就是光谱特征。
结论通过对原子能级的基本概念、能级的结构以及能级间的跃迁等知识点的介绍，我们可以深入了解原子内部电子的能量分布和相互作用。
原子能级的研究对于理解物质的光谱特性、电子结构和化学反应等方面具有重要意义。
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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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
3R
可见光的波长范围：390nm~780nm
课堂练习
7. 氢原子被电离一个核外电子，形成类氢结构的氦
离子，氦离子的能级由下式给出：En=-54.4/n2eV,
画出氦离子的能级示意图。
5
∞
分析: E1=-54.4eV,
E2=-13.6eV，
4 3
E3=-6.04eV, E4=-3.40eV， 2
E5=-2.18eV，
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：
Rhc En n2 ,
n 1,2,3, 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
•从
Rhc En n2 ,
率是v3, 那么照射光频率必是v3, 光子能量是hv3。
课堂练习
6. 氢原子从n=1的状态跃迁到n=4的状态，它所吸收 的光子的波长是多少？这是不是可见光？
解：氢原子从n=1的状态跃迁到n=4的状态时，它所 吸收的光子的能量为：
Rhc Rhc E E4 E1 ( 4 2 22 )
而 E hv , c v , 故： 16 4.8107 m 480nm
(1)正确地指出原子能级的存在（原子能量量子化） (2)正确地指出定态和角动量量子化的概念； (3)正确的解释了氢原子及类氢离子光谱； (4)无法解释比氢原子更复杂的原子； (5)把微观粒子的运动视为有确定的轨道是不正确的 (6)是半经典半量子理论，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。
n 1,2,3, 可算出：
E1 13.6eV
E2 3.40eV 以无穷远处作为零电势参考位置
E3 1.51eV
• 所以，上式也可以写成：
En
E1 n2
,
n 1,2,3,
• 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。
高能级
∞
12 .8eV ４５ 12 .1eV ３
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
能级向高能级跃迁。
Em
hv
Em
Em
En
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
的能级跃迁，跃迁时释放出来的能量以光子的形 色向外辐射，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。
氢原子的能级
• 由决于1 两T光( m谱)项T( n之) 知差道；，而氢hv原=E子m-辐E射n式光则谱揭的示波出长氢取原
子辐射光的频率取决于两能级之差。
• 能级与光谱项之间的关系
A.原子要发出一系列频率的光子； B.原子要吸收一系列频率的光子； C.原子要发出某一频率的光子； D.原子要吸收某一频率的光子。
课堂练习
4. 大量原子从n=5的激发态向低能级跃迁时，产生 的光谱线有可能有( ABCD)
A. 4条；
B. 7条；
C. 9条；
D. 10条
课堂练习
5. 处于基态的氢原子在某种单色光照射下，只能发 出频率为v1、v2、v3的三种光，且v1<v2<v3, 则照射 光的光子能量为多少？
原子结构之谜
第四节
原子的能级结构
回顾
19世纪末20世纪初，人类叩开了微观世界的大 门，物理学家根据研究提出了关于原子结构的各 种模型，卢瑟福的核式结构模型能够很好的解释 实验现象，得到了多数科学家的肯定，但是与经 典的电磁理论发生了矛盾．
经典电磁理论
经典电磁理论认为：电子绕核作匀速圆周运动, 绕核运动的电子将不断向外辐射电磁波。由于原
玻尔理论的基本假设
¬ 轨道能级化假设：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。
¬ 跃迁假设: 当原子从一个能量
为En的定态跃迁到另一个能量 为Em的定态时，就要发射或吸 收一个频率为 m-n的光子.
vmn
Em En h
且这些轨道是不连续的。
课堂练习
2. 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。
课堂练习
3. 按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为 ra的圆轨道自发地直接跃迁到一半径为rb的圆轨道 上，已知ra>rb，则在此过程中（ C ）
Em>En 发射光子， Em<En 吸收光子
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。 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
Em和En分别为跃迁前后的能级
能级结构猜想
(1)处于高能级的原子会自发
10 .2eV ２
n
0eV １
低能级
氢原子能级结构
普丰德系
布喇开系
帕邢系
巴耳末
吸
放
收
出
能
能
量
量
赖曼系
以无穷远处为参考位置
0 eV -0.54eV -0.85eV -1.51eV -3.4eV
En
-13.6eV
n 1 n2 n3
n4
电子轨道
E4 E3
激 发
E2 态
E1 基态
能级
氢原子玻尔理辐射能量，能量 逐渐减小，电子绕核旋转的频 率也逐渐改变，原子的发射光
e
r+
v
F
e
谱应是连续谱。由于原子总能 e
量减小，电子将最终逐渐接近 原子核，而使原子变得不稳定。
e +
经典电磁理论与现代物理学的矛盾
事实上：
氢原子发射的光谱是不连续的光谱，而核外的 电子总是不停地绕核运动。
表明：
解：处于基态的原子要发光, 必须先吸收一定的能量 E, 使其处于激发态。由于激发态能量高, 原子不 稳定, 就会向低能级跃迁, 从而发出一系列频率的 光子, 但这些光子的频率决不会大于v, 且必有一种 频率等于v。由题意知, 该氢原子受激后只能发出 频率为v1、v2、v3的三种光, 且v1＜v2＜v3,即最高频
从宏观现象总结出来的经典电磁理论跟原子微 粒产生的微观现象出现了矛盾。
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. 设想：原子内部的能量也是不连续的。
F 1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础上， 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