6-1核外电子的运动特征.pdf

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1、大学化学大学化学 核外电子运动特核外电子运动特 征征 原子由哪些微粒构成？ 质子 中子 元素的物理化学性质 原子 核外电子与宏观物体有何区别？ 宏观物体核外电子 质量很大很小 速度较小很大（接近光速） 核外电子与宏观物体有何区别？ 卢瑟福原子模型：卢瑟福原子模型：19111911年年, ,卢瑟福根据卢瑟福根据粒子粒子 衍射现象提出了“含核的原子模型”。衍射现象提出了“含核的原子模型”。 玻尔原子模型：玻尔原子模型：19131913年波尔提出了核外电子分年波尔提出了核外电子分 层排布的波尔理论。层排布的波尔理论。 波粒二象性：波粒二象性：2020世纪世纪3030年代，以微观粒子波粒年代，以微观粒

2、子波粒 二象性为基础发展起来的量子力学，才建立了二象性为基础发展起来的量子力学，才建立了 比较符合微观世界实际的物质结构近代理论。比较符合微观世界实际的物质结构近代理论。 代表性的原子结构模型 代表性的原子结构模型 卢瑟福原子模型 1911年,卢瑟福根据粒子衍射 现象提出了“含核的原子模型” 代表性的原子结构模型 玻尔原子模型 1913年波尔提出了 核外电子分层排布的波尔理论 代表性的原子结构模型 波粒二象性 20世纪30年代，以微观粒子波粒 二象性为基础发展起来的量子力 学，才建立了比较符合微观世界 实际的物质结构近代理论。 卢瑟福卢瑟福原子模型原子模型 1911年，卢瑟福 根据a粒子轰击

3、原子实验，建立 了有核原子模型。 模型要点：模型要点： 原子中央有一个体积 非常小的、带正电荷 的原子核； 在原子核周围很大空 间里存在着围绕原子 核运动的电子 卢瑟福卢瑟福原子模型原子模型 卢瑟福模型的局限卢瑟福模型的局限 An unsatisfactory atomic model 一 电子以极大的速度绕核 运动，辐射能量（电磁波） 则轨道半径越来越小，最后 在非常短的时间内掉在原子 核上，引起原子毁灭，称为 “原子的塌陷”。 卢瑟福模型的局限卢瑟福模型的局限 An unsatisfactory atomic model 二 它不能说明元素的线 状光谱产生的原因。据该 原子模型，能量的释放

4、应 是不间断的，观察到的原 子光谱应是连续的带状光 谱，这与实验观察到的间 隔的线状光谱不符。 玻玻 尔尔 模模 型型 1913年，Bohr在 基础上，建立了Bohr 理论 爱因斯坦的光子学说 普朗克的量子化学说 卢瑟福的有核模型 氢原子的光谱实验 氢放射管氢放射管 狭缝狭缝 棱镜棱镜 照相底片照相底片 线状线状光谱特点：光谱特点： 1 不连续，只是些亮线组成 2 不同色，每种颜色对应着 一个波长 3 不等距，相邻两种光的波 长间距不相同 玻玻 尔尔 模模 型型 玻尔理论要点玻尔理论要点 定态假设定态假设 电子围绕原子核作圆形轨 道运动。在一定轨道上运 动的电子并不发生电磁辐 射，而具有一定的

5、能量。 通常把它叫做稳定状态或 稳定轨道。 4 3 2 1 玻尔理论要点玻尔理论要点 轨道假设轨道假设 E = -13.6/n2（eV） n=1,2,3,4 轨道半径： r= n2a0 a0= 52.9 pm, 为玻尔半径 核外稳定轨道并不只一条，而是有好多条。不同 轨道有不同能量，这些能量不连续。其能量为： 跃迁假设跃迁假设( (激发态原子发光的原因激发态原子发光的原因) )： E4 E3 E2 跃迁假设跃迁假设 4 3 2 h=E末 末 E初 初 玻尔理论要点玻尔理论要点 在正常情况下，原子中的电子处于基 态，当电子受到激发时就可以从基态 跳到激发态。激发态的电子并不稳定 它会发生电磁辐射

6、放出光子，直接或 逐步跳回基态，放出光子所具有的能 量等于两个轨道的能量差。即： 1 E1 玻尔理论玻尔理论的贡献的贡献 1 成功地解释了氢原子的 线状光谱，它对氢原子 光谱谱线频率的计算与 实验结果很吻合。 2 首先提出了电子运动 能量的量子化概念。 玻尔理论玻尔理论的贡献的贡献 不能解释多电子原子的光谱不能解释多电子原子的光谱 不能解释氢原子光谱在磁场不能解释氢原子光谱在磁场 中的分裂中的分裂 玻尔理论玻尔理论的主要局限的主要局限 01 02 这是因为玻尔理论并未完全这是因为玻尔理论并未完全冲破经典冲破经典 力学理论力学理论的束缚，仍然把微观粒子的束缚，仍然把微观粒子 （电子）在原子核外的

7、运动视为太阳（电子）在原子核外的运动视为太阳 系模型那样沿着固定轨道绕核旋转。系模型那样沿着固定轨道绕核旋转。 玻尔理论玻尔理论的主要局限的主要局限 指出指出光光不仅是不仅是电磁波电磁波而且是一种而且是一种光子流光子流， 光具有光具有波波（干涉（干涉衍射等）衍射等）粒粒（吸收（吸收 发射发射光电效应）二象性光电效应）二象性 The photoelectric effect 普朗克常数普朗克常数 h架起了粒子性与波架起了粒子性与波 动性的桥梁，动性的桥梁，h=6.62610-34Js。 光的波光的波粒二象性理论粒二象性理论 动量为动量为p的的光子光子，波长为，波长为 ，普朗克常数，普朗克常数h

8、h 则：则：ph / 19051905年爱因斯坦提出年爱因斯坦提出光子学说光子学说 微观粒子是否也具有波动性呢？微观粒子是否也具有波动性呢？ 19241924年法国科学家德布罗意年法国科学家德布罗意( (L.de Broglie) ) 提出了电子、原子、分子等实物也具有波提出了电子、原子、分子等实物也具有波 粒二象性的假设。粒二象性的假设。 微观粒子的波微观粒子的波粒二象性粒二象性 运动着的实物微粒对应同一个波，即物运动着的实物微粒对应同一个波，即物 质波质波（德布罗意波）（德布罗意波）波长为波长为 = h / p = h / mv 德布罗意关系式德布罗意关系式，可算出电子波的波长。，可算出电

9、子波的波长。 微观粒子的波微观粒子的波粒二象性粒二象性 19271927年，美国物理学家戴维逊（年，美国物理学家戴维逊（Davison,C.J.） 和盖末（和盖末（Germer, L.H.).) 当一束电子以一定的速度穿过晶体投射到照当一束电子以一定的速度穿过晶体投射到照 相底片上时，在底片上得到的不是一个点而相底片上时，在底片上得到的不是一个点而 是一系列明暗相间的衍射环纹。是一系列明暗相间的衍射环纹。 电子衍射实验证实了电子衍射实验证实了粒子波动性粒子波动性 证明了电子也如同光一样具有波动性证明了电子也如同光一样具有波动性 电子衍射实验证实了电子衍射实验证实了粒子波动性粒子波动性 少数电子

10、的感光斑点大量电子的感光斑点 如何理解如何理解粒子具有波动性粒子具有波动性 波恩的统计解释波恩的统计解释 电子的波动性是微粒性的统计性行为，电子的波动性是微粒性的统计性行为， 电子波是统计性的波，叫电子波是统计性的波，叫概率波概率波。 如何理解如何理解粒子具有波动性粒子具有波动性 衍射强度大衍射强度大（亮）的地方，波的强度大，电子（亮）的地方，波的强度大，电子 出现的出现的概率密度概率密度（单位体积里的概率）（单位体积里的概率）大大。 衍射强度小衍射强度小（暗）的地方，波的强度小，电子（暗）的地方，波的强度小，电子 出现出现的的概概率率密度小。密度小。 如何理解如何理解粒子具有波动性粒子具有波动性 波恩的统计解释波恩的统计解释 电子运动没有确定的经典运动轨道，电子运动没有确定的经典运动轨道， 在空间任一点上，电子波的强度与在空间任一点上，电子波的强度与 电子出现的概率密度成正比。电子出现的概率密度成正比。 如何理解如何理解粒子具有波动性粒子具有波动性 波恩的统计解释波恩的统计解释 电子运动的三大特性 微粒也是物质波微粒也是物质波 波粒二象性波粒二象性 B 概率波，无固定概率波，无固定 运动轨迹运动轨迹 统计性统计性 C 能量的变化是能量的变化是 不连续的不连续的 能量量子化 A 如何描述电子运动的特性呢？如何描述电子运动的特性呢？