2.1-原子结构与元素周期律

大“雨滴”，落至地面时的动能较大 黄光 h u 值大，能量大
小“雨滴”，落至地面时的动能较小 红光 h u 值小，能量小
光的粒子性—光电效应及爱因斯坦的光子学说
每种金属都有特征的临界 频率, 低于这一频率不论其强度 多大和照射时间多长, 都不能导 致光电效应。
按波动理论，如果入射光弱，照射时间加长，电子也可以积累足够的能 量，飞出金属表面。
m 是电子的质量；h 是普朗克常量； E 是能量，等于势能(V)和动能(E-V)之和；
2 , 电子云, 表示微观粒子(电子)在空间某点出现的几率密度；
一个小黑点：电子出现在核外空间的一次几率； 几率密度越大，电子云图像中小黑点越密。 1s电子云图
为解薜定谔方程，描述电子的运动状态，引入四个量子数(n, l, m, ms)，四个量子数确定后，即可定出电子的运动状态。
h=6.626×10-34 J·s，普朗克常量； 物体只能按hν的整数倍一份一份地吸收或释出能量, 而不 能是0.5, 1.6, 2.3 等非整数倍。
地面接收降水
类 比 地面吸收太阳能
以一个个雨滴 (不是半个雨滴完成)
以一个个光子h u 完成,不能是非整数个
“雨滴”有大有小
光由不同频率的光组成， h u 值有大有小
E = hv
h P= λ
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普郎克常数h 将光的波粒二象性联系在一起
波的微粒性
Plank 的量子论 Einstein 的光子学说
讨论波的微粒性的学科 量子力学
2-2 德布罗意预言—实物微粒的波动性
1924年年轻的法国博士生德布罗意(Louis de Broglie)在光的
波粒二象性的启发下, 提出：一切实物微粒都具有波粒二象性
的基础上，建立了Bohr模型。
玻尔模型的要点如下：
1、行星模型 氢原子核外电子是处在一定的线性轨道上绕核运行的，正如
太阳系的行星绕太阳运行一样。
2、定态假设 假定氢原子的核外电子在轨道上运行时具有一定的、不变的
能量,不会释放能量,这种状态被称为定态。 能量最低的定态叫做基态；能量高于基态的定态叫做激发态。
具有各种不同波长的 光谱叫连续光谱。
1-1 氢原子光谱
氢原子光谱仪示意图
1-2 玻尔模型
根据经典的物理学原理，原子光谱应该是连续的，实验与 理论的矛盾引起了物理学家、化学家们的浓厚兴趣。
1913年，28岁的丹麦物理学家Bohr在
氢原子光谱的实验 卢瑟福的原子模型 普朗克的量子化学说 爱因斯坦的光子学说
1905年, 爱因斯坦对光电效应的解释：入射光本身的能量也 按普朗克方程量子化, 一束光线就是一束光子流. 频率一定的光 子能量都相同, 光的强度与每个光子的能量无关，只表明光子的 数目大。
爱因斯坦用以下两式表示光的波粒二象性:
E = hv
h
P=
(P=mc，E=mc2)
λ
P=mc=E/c=h/c=h/
电子也是一种微观粒子，电子的运动规律能不 能借助量子力学理论进行描述呢？
1926年，奥地利物理学家薛定谔(Schrodinger) 提出了描述 微观粒子运动的薛定谔方程。
2 2 2 8 2 m ( E V )ψ
x 2 y 2 z 2
h2
* * 薛定谔方程中
(x，y，z)，波函数(原子轨道)，描述微观粒子(电子)的运动状态；
，并导出公式:
λ=
h mv
=
h p
λ为波长 m 为实物粒子质量 v 为实物粒子速度 p 为实物粒子动量
微粒波动性的证据
h 为普朗克常量
— 电子的衍射实验 1927年美国的戴维森和杰尔麦通过电子衍射实验，证实 了德布罗依的假设―电子的波动性 。
2-3 氢原子的量子力学模型 (难点，初步理解)
量子力学：研究微观粒子运动规律的学科。 量子化： 微观粒子的物理量一份一份地进行变化。 量子：变化的最小份额。
2 氢原子结构(核外电子运动)的量子力 学模型—了解、初步理解
2-1 波粒二象性 2-2 德布罗意关系式 2-3 氢原子的量子力学模型
2-1 光的波粒二象性
光的粒子性——普朗克能量量子化概念
黑体辐射问题
1900年普朗克提出了假设：辐射的能量(E )与频率(ν) 的关系：
E = hν(Plank 公式，能量量子化概念)
——徐志摩 译
2.1 原子结构与周期系
本节目录及要求
1 原子结构的波尔行星模型-了解 2 氢原子结构的量子力学模型-初步理解 3 基态原子电子组态-重中之重 4 元素周期系-重点 5 元素周期性-重点
1 原子结构的玻尔行星模型
光谱
物质受高温或电弧作 用后发出不同波长或频率的 光线，利用分光器折射后， 按照波长大小依次排列在屏 幕上，并用照相的办法记录 下各光线的位置，这种图形 就称为光谱。
To see a world in a grain of sand. And a heaven in a wild flower. Hold infinity in the palm of your hand. And eternity in an hour.
——William Blake
一沙一世界，一花一天国。 无限掌中置，刹那成永恒。
hν
hν
电子的能量
En
2.179 10 18 n2
J
电子跃迁时释放出的光的波长
E
E2
E1
2.179 1018
1 n12
1
n
2 2
h
hc /
玻尔理论的优缺点
成功之处：核外电子处于定态时有确定的能量；原子光谱源自 核外电子的能量变化；比较成功地解释了氢原子光谱。
缺陷：行星轨道和行星模型是玻尔未彻底抛弃经典物理学的结 果，用玻尔方法计算比氢原子稍复杂的氦原子的光谱便有非常大 的误差，并且不能解释氢原子光谱的精细结构，在电磁场中有些 谱线可以分裂成几条线。 学习任何理论模型的方法：要点，适用范围；解决问题，缺陷。
基态
激发态
3、量子化条件
玻尔假定，氢原子核外电子的轨道是不连续的，并且 根据经典力学原理推导出，在轨道上运行的电子的角动 量为：
LLnn2h2h nn11,2,2,3,3,4,4,5,5,, n 称为量子数
这一要点称为量子化条件
4、跃迁规则 电子吸收光子就会跃迁到能量较高的激发态，反过来，激
发态的电子会放出光子，返回基态或能量较低的激发态；光子 的能量为跃迁前后两个能级的能量之差，这就是跃迁规则。