1、第一章 原子结构和元素周期性 原子结构理论的发展概况 量子力学的原子模型 核外电子排布与元素周期表 原子性质的周期性1 - 原子结构理论的发展概况1-1-1 原子的含核模型 1911年，英国物理学家卢瑟福， 粒子散射实验原子的中心有一个带正电的 原子核， 电子 在它的周围旋转。原子的直径 10-10m电子的直径 10-15m原子核的直径 10-16m 10-14m21-1-2 原子的玻尔模型 原子光谱 太阳光 波长连续变化的色带 连续光谱 。l气态原子（如 NaCl） 几条色带 不连续光谱 。3 氢原子光谱 氢原子光谱是最简单的一种原子光谱，对它的研究也比较详尽。氢原子光谱实验如图所示， 氢原
2、子光谱在可见光区有四条比较明显的谱线，如图，通常用HHHH来标志。这个光谱系叫 Balmer系。在一个熔接着两个两极，且抽成高真空的玻璃管内，装进高纯的低压氢气，然后，在两极上施加很高的电压，使低压氢气放电，氢原子在电场的激发下发光，若使这种光线经狭缝，再通过棱镜分光后，可得含有几条谱线的线状光谱 氢原子光谱。 41913年玻尔（ N.Bohr） 在普朗克的 量子论 （ 1900）、爱因斯坦的 光子学说 （ 1905）和卢瑟福的 有核原子模型 （ 1911）的基础上，提出了原子结构理论的三点假设。 玻尔的氢原子模型 定态假设 频率公式 量子化规则电子绕核旋转，作圆周运动，在一定轨道上运动的电子
3、具有一定的能量，称为 “稳定状态 ”。简称 “定态 ”。电子在定态轨道上运动，并不辐射能量。能量最低的定态称 “基态 ”，其他的定态称为 “激发态 ”。原子中电子可以由一定态跳到另一定态，在此过程中放出或吸收辐射，其频率 则由下式决定： E h = E2 - E1 (E2 E1)上式称为 Bohr频率公式 。 原子的各种可能存在的定态轨道有一定的限制， P = n h/2 (n = 1,2,3, )n称为量子数5光谱的不连续性正来自原子中能量的不连续性。 氢原子在正常状态总是处于能量最低的基态，当原子受到光照射或放电等作用时，吸收能量，原子中的电子跳到能量较高的激发态。原子处于这种激发态总是不
4、稳定的，总是倾向于回到能级较低的轨道。当电子由能量较高的各轨道跳回到能量较低的各轨道，放出能量而成为不同频率的光，因而产生许多系列的谱线。玻尔认为， 氢光谱可见光区各谱线（称为 巴尔麦系 ）的产生是由于电子由能级较高的轨道跳回到 n=2的轨道放出辐射能的结果。 他对这些谱线的波长进行计算，计算值与实验值十分吻合。电子由能级较高的轨道跳回到 n=3的轨道 ,得到氢的红外光谱 ,称为 帕逊系 ,跳回到 n=1的轨道 ,得到的是氢的紫外光谱 ,称为 来曼系。玻尔理论的应用6 玻尔理论合理的是： 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。 在原子中引入 能级 的概念，成功地解释了
5、氢原子光谱，在原子结构理论发展中起了重要的作用。 玻尔提出的模型却遭到了失败。因为它 不能说明多电子原子光谱，也不能说明氢原子光谱的精细结构 。这是由于电子是微观粒子，不同于宏观物体，电子运动不遵守经典力学的规律。而有本身的特征和规律。玻尔理论虽然引入了量子化，但 并没有完全摆脱经典力学的束缚， 它的电子绕核运动的固定轨道的观点不符合微观粒子运动的特性，因此原子的玻尔模型不可避免地要被新的模型所代替即原子的量子力学模型。 玻尔理论的成功与不足之处7量子力学是研究电子、原子、分子等微粒运动规律的科学。微观粒子运动不同于宏观物体运动，其主要特点是 量子化和 波粒两象性 。 1-2 原子的量子力学模
6、型1-2-1 微观粒子及其运动的特性 一、 波粒二象性 光的波粒二象性光 波动性 干涉， 衍射 （空间传播时）粒子性 光电效应， 光压 （进行能量交换时）由 E = mc2 和 E = h 可得：P = mc粒子性 波动性 德布罗依波 （ Louis do Broglie）= E/c = h /c = h/1924年提出， 实物粒子都具有波粒二象性 = h/mv1927年，假设被 电子衍射实验 证实。（ Divission and Germeer）8 二、 微观粒子运动的统计性问题： 1、物质波是一种怎样的波？2、核外运动的电子究竟有没有规律可循？电子衍射实验结构讨论：电子的波动性是大量微粒运
7、动所表现出来的性质，是微粒行为的统计性的结果。亮环纹 处表明衍射强度大， 电子出现的数目多 ；暗环纹 处则表明衍射强度小， 电子出现的数目少。对一个电子而言， 亮环纹 处表明衍射强度大， 电子 出现的 概率大 ； 暗环纹 处则表明衍射强度小，电子 出现的 概率小 。物质波称为 概率波 ， 核外电子的运动具有概率分布的规律。91926年，奥地利科学家薛定锷在考虑实物微粒的波粒两象性的基础上，通过光学和力学的对比，把微粒的运动用类似于光波动的运动方程来描述。 1-2-2 核外电子运动状态的近代描述物理意义： 对于一个质量为 m， 在势能为 V的势场中运动的微粒来说，薛定谔方程的每一个合理的解 ， 就表示该微粒运动的某一定态，与该解 相对应的能量值即为该定态所对应的能级。 薛定谔方程解薛定谔方程的步骤：球极坐标 球极坐标与直角坐标的关系 10
