第八章 第一节核外电子运动的特征

无线电波、微波、红外线、可见光、紫外 线、X-射线、γ-射线。波长由长到短。 电子能级间隔越小，跃迁时吸收光子波长 越大。 △E＝hν C ＝λν
玻尔理论虽然成功地解释了氢原子和 类氢原子的光谱。但不能解释多电子 原子的光谱。其根本原因在于玻尔理 论以牛顿经典力学理论为基础的，而 微观粒子运动规律不符合经典力学理 论规律。
德布罗意 (Louis Victor due de Broglie, 1892-1960)
德布罗意原来学习历史， 后来改学理论物理学。他善于 用历史的观点，用对比的方法 分析问题。 1923年他提出电子既具有 粒子性又具有波动性。1924年 正式发表一切物质都具有波粒 二象性的论述。并建议用电子 在晶体上做衍射实验来验证。 1927年被实验证实。 爱因斯坦觉察到德布罗意 物质波思想的重大意义，誉之 为“揭开一幅大幕的一角”。
法国物理学家， 1929年诺贝尔物 理学奖获得者， 波动力学的创始 人，量子力学的 奠基人之一。
并指出，具有质量为m，运动速度为v或动 量为p的微观粒子，其相应的波长为：
上式称为德布罗意关系式，式中λ为波长，h为普 朗克常数，电子等微观粒子的波动性（λ是波动 性特征）和粒子性（m、v、p是粒子性特征）在德 布罗意关系式中通过普朗克常数联系了起来。
E＝－13.6/n2×ev
电子运动所处的不连续能量状态称为能级。 用量子数n表示、同时也代表电子层。
离 核 距离(近 ) 能 量 高低(低 ) 能 级 一 二 ( 远) 三 四 五
( 高) 六 七 …… P
……
符
号
K
2
L
8
M
18
N
32
O
50
Q
……
最多电子数 为2n2 。
原子核外电子的每一个能层最多可以容纳的电子数
二、波粒二象性
微观粒子的运动与宏观物体的运动有 着本质的区别。宏观物体的运动是连 续的、有轨迹的点运动，而微观物质 的运动则是不连续的、无轨迹可循。
波粒二象性：微观粒子具有波动性和 粒子性的双重运动特性。
光的波动性表现在光具有一定的波长 和频率； 光的粒子性则体现在光具有一定的能 量和动量。 光主要表现粒子性。
式中：Δpx -是在x轴方向动量不确定量， Δx--是x轴位置不确定量 该称为海森堡关系式
3、电子处于激发态时不稳定，可跃迁到离 核较近能级较低的轨道上，就会放出能量。 基态：原子中的电子尽可能处在离核最近的 稳定轨道上运动，这时原子能量最低，称为 基态，用a0表示。 激发态：当原子从外界获得能量时，电子被 激发到离核较远的高能级轨道上去，此时电 子处于激发态。
高能级激发态电子跃迁至低能级电子释放 出的光子频率与两轨道能量的经验公式是： hν＝E2－E1 光子：光量子，它是一种能量，是光线中 携带能量的粒子。它是传递电磁相互作用 的媒介粒子。
微观物体的运动特征： 核外电子质量小，运动空间小，运动速率大。 无确定的轨道，无法描画其运动轨迹。 不能同时准确测定电子在某一时刻所处的位置 和运动的速度，只能指出其在核外空间某处出 现的机会的多少。
公元前5世纪，古希腊哲学家德谟克利特等人认 为，原子是构成物质的微粒，万物都是由简短 的、不可分割的原子构成。
人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的…… 1926
历 史 的 脚 步 · 铭 记 这 一 刻
许多人 玻 尔
量子力学模型
轨 道 模 型
1913 1911 1904 1803
25பைடு நூலகம்0年前
卢瑟福
汤姆生 道尔顿
德谟克利特
空心球模型
葡萄干面包式
实心球模型
哲 学 臆 测
感受精神 ·学习方法 ·分享知识
第一节 核外电子运动的特征
（二）电子衍射实验
1927年，戴维逊和革尔麦用高能电子束轰 击一块镍金属时，得到了与X射线图像相似 的衍射照片。
电 子 束
x 射 线
电子衍射实验证明了电子运动与光一样具有 波动性。
（三） 海森堡测不准关系
量子力学认为，像电子等微观粒子， 由于具有波粒二象性，因此不能同时 准确测定电子的运动速度和空间位置。 这一规律称为海森堡测不准关系。
复习：原子的组成
质子（带正电） 原子核
（带正电） 中子 （不带电） 原 子 （不显电性） 核 外 电 （带负电）
子 核电荷数＝质子数＝核外电子数
一、量子化特性
与宏观物体运动不同，不能用经典力学来 描述。电子的运动和光一样，它具有量子 化特性和波粒二象性。 量子化理论：物质辐射能的吸收或发射是 不连续的，是以最小能量单位量子整数倍 做跳跃式的增或减，这种过程叫能量的量 子化。
第八章 原子结构和元素 周期律
主讲：邹小南 制作：邹小南
宏观、微观运动的不同
宏观物体 微观粒子
质量
很大
很小
速度
较小
很大（接近光速）
位移
可测 位置、动量 不可同时测定
能量
可测 可描述 （画图或函 数描述）
轨迹
不可确定
宏观、微观运动的运动特征
宏观物体的运动特征： 可以准确地测出它们在某一时刻所处的位置及 运动的速度； 可以描画它们的运动轨迹。
原子结构的认识历史
1.道尔顿原子模型
19世纪初，英国科学家道尔顿提出近代原子 学说，他认为原子是微小的不可分割的实心球体， 在化学反应中保持本性不变。
2.汤姆生原子模型
1897年，英国科学家汤姆生发现了电子。提出了 “葡萄干面包式”模型。认为原子是可以再分的。
3.卢瑟福原子模型
1911年，英国物理学家卢瑟福通过α粒子散射实验提 出带核的原子结构模型。认为原子是由带正电荷的原子 核和带负电核外电子构成。
（二）玻尔原子模型 玻尔在前人研究的基础上，首先认识 到氢原子光谱与氢原子结构之间联 系．提出著名的玻尔氢原子模型，即 玻尔理论。
波尔原子结构的假设可归结为以下三点： 1、核外电子在固定轨道上运动，具有确定 的半径和能量。 2、固定轨道必须符合量子化条件。 量子化：某一最小能量值的整数倍，这 个整数n称为量子数，n=1,2,3,4…
一、量子化特性
量子：能量子，能量的最小单位。 量子化：一个物理量如果有最小单位而不 可连续的分割，我们就说这个物理量是量 子化的。 量子的能量E和频率ν的关系：
E＝h ×ν h为普朗克常数。
（一） 氢原子光谱
氢原子光谱证明了：原子中电子运动的能量是 不连续的，具有量子化特性。
卢瑟福认为原子 质量主要集中在 原子核上，电子 在原子核外空间 高速运动。 卢瑟福——原子之父
4.波尔原子模型
1913年，丹麦物理学家玻尔把普朗克的 相关理论与卢瑟福的原子模型相结合，较好地 解释了氢原子光谱，提出新的原子结构模型。
道尔顿模型（1803）
汤姆生模型（1904） 卢瑟福模型（1911） 波尔模型（1913） 电子云模型 （1935）
（一）德布罗意预言
一、德布罗意物质波的假设 光具有粒子性，又具有波动性。 光子能量和动量为：
E h
h h P c
1924年，德布罗意大胆地设想，波粒二象性不是 光所特有的，一切实物粒子也具有波粒二象性。 实物粒子：静止质量不为零的那些微观粒子，如 原子、电子、中子等。 粒子性：主要是指它具有集中的不可分割的特性。 波动性：它能在空间表现出干涉、衍射等波动现象， 具有一定的波长、频率。 实物粒子的波称为德布罗意波或物质波，物质波 的波长称为德布罗意波长。
质量为m、速率为υ 的自由粒子，一方面可用能 量E和动量P来描述它的粒子性；另一方面可用频率ν 和波长λ 来描述它的波动性。它们之间的关系为：
h h 德布罗意波长为： P m
E h mc
2
P m
h
德布罗意公式
h 1 ( / c ) 2 若考虑相对论效应，则： m 0 h 若 υ << c 时，不 考虑相对论效应，则： m0