第1章原子结构和元素周期表
Chapter 1
Atomic Structure and Periodic Table of Elements
太阳行星模型
波的微粒性
●电磁波是通过空间传播的能量。可见光只不过是电
磁波的一种。
电磁波在有些情况下表现出连续波的性质，另一些情况下则更像单个微粒的集合体，后一种性质叫作波的微粒性。
●Plank 公式
1900年, 普朗克(Plank M)提出著名的
普朗克方程：E=hv
式中的h叫普朗克常量(Planck
constant),其值为6.626×10-34J·s。
普朗克认为, 物体只能按hv的整数倍(例如1, 2, 3等)一份一份地吸收或释出光能, 而不可能是0.5, 1.6, 2.3等任何非整数倍。即所谓的能量量子化概念。
普朗克提出了当时物理学界一种全新的概念, 但它只涉及光作用于物体时能量的传递过程(即吸收或释出)。
●光电效应
1905年,爱因斯坦(Einstein A)成功地将
能量量子化概念扩展到光本身,解释了光电
效应(photoelectric effect)。
爱因斯坦认为,入射光本身的能量也按普朗克方程量子化,并将这一份份数值为1的能量叫光子(photons),一束光线就是一束光子流.频率一定的光子其能量都相同,光的强弱只表明光子的多少,而与每个光子的能量无关。
爱因斯坦对光电效应的成功解释最终使光的微粒性为人们所接受。
光电效应
另一面谁来翻开？
钱币的一面已被翻开！
波的微粒性导致了人们对波的深层次认识，产生了讨论波的微粒性概念为基础的学科
量子力学(quantum
mechanics ）。
Einstein 的光子学说
电子微粒性的实验Plank 的量子论
综上所述
微粒的波动性
●
德布罗依关系式—一个伟大思想的诞生
著名的德布罗依关系式德布罗依1924年说：“过去，对光过分强调波性而忽视它的粒性；现在对电子是否存在另一种倾向，即过分强调它的粒性而忽视它的波性。”
●微粒波动性的直接证据—光的衍射和绕射
灯光源
波粒二象性
爱因斯坦的光子学说
普朗克的量子化学说氢原子的光谱实验
卢瑟福的有核模型Bohr 在的基础上，建立了Bohr 理论
Bohr 模型的建立
Bohr model
1.1 波尔原子模型
玻尔模型认为,电子只能在若干圆形的固定轨道上绕核运动。它们是符合一定条件的轨道：电子的轨道角动量L 只能等于
h/(2π)的整数倍：h π
2n mvr L ==从距核最近的一条轨道算起,n 值分别等于1,2,3,4,5,6,7。根据假定条件算得n =1时允许轨道的半径为53pm,这就是著名的波尔半径。
★关于固定轨道的概念Bohr 理论的主要内容
Bohr model
★关于轨道能量量子化的概念
原子只能处于上述条件所限定的几个能态。
定态(stationary state)：
所有这些允许能态之统称。电子只能在有确定半径和能量的定态轨道上运动,且不辐射能量。
基态(ground state):
n 值为1 的定态。通常电子保持在能量最低的这一基态。基态是能量最低即最稳定的状态。激发态(excited states):
指除基态以外的其余定态. 各激发态的能量随n 值增大而增高。电子只有从外部吸收足够能量时才
能到达激发态。
★关于能量的吸收和发射
玻尔模型认为,
只有当电子从较高能态
(E 2)向较低能态(E 1)跃迁时,原子才能以光子的形式放出能量,光子能量的大小决定于跃迁所涉及的两条轨道间的能量差：
ΔE = E 2－E 1= h ν
h
E E E E h 121
2-=-=ννE : 轨道的能量
ν：光的频率
h: Planck 常数
Bohr model
●解释了H 及He+、Li2+、B3+ 的原子光谱
波型HαHβHγHδ
计算值/nm 656.2 486.1 434.0 410.1
实验值/nm 656.3 486.1 434.1 410.2●说明了原子的稳定性
●对其他发光现象（如Ｘ光的形成）也能解释
●计算氢原子的电离能
●不能解释氢原子光谱
在磁场中的分裂
●不能解释氢原子光谱
的精细结构
●不能解释多电子原子
的光谱
Bohr model
1.2 原子结构的波动力学模型
是由海森堡和薛定谔为代表的科学家通过数学方法处理原子中的电子的波动性而建立起来的。
▪不确定原理
▪薛定谔方程
●波函数与原子轨道
●波函数ψ是量子力学描述核外电子运动状
态的数学函数式，即用一定的波函数ψ表示电子的一种运动状态。
●因此波函数ψ和原子轨道是同义词，它只是反
映了核外电子运动状态表现出的波动性和统计性规律（概率波，概率密度，电子云）。波函数ψ是空间坐标x,y,z的函数。
1.2.1 四个量子数
1.主量子数n（层）
▪确定电子出现几率最大处离核的距离
▪与电子能量有关
▪不同的n 值，对应于不同的电子壳层。
2.角量子数l （形状）
▪与角动量（轨道形状）有关，决定了ψ的角度函数的形状。
▪对于多电子原子, l 也与能量E有关。
▪l 的取值
0，1，2，3……n-1(亚层）
s, p, d, f…...
