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第四章　原子結構
玻爾原子模型
2
能用玻爾理論解釋氫原子模型。
1
知道玻爾原子理論的基本假設的主要內容。掌握能級躍遷、軌道和能量量子化以及基態、激發態等概念。
重點
3
了解玻爾理論的不足之處和原因。
重難點
玻爾原子模型
核外電子繞核運動
輻射電磁波
電子軌道半徑連續變小
原子
不穩定
輻射電磁波頻率連續變化，連續光譜
事實上：原子是穩定的
輻射電磁波頻率只是某些確定值
（變化的電磁場）
經典理論無法解釋原子的穩定性和光譜的分立性
②電子在軌道繞核轉動是穩定的，不產生電磁輻射
+
rn
v
n=1
n=2
n=3
-
①繞核運動的電子軌道半徑只能是某些分立的數值
針對原子核式結構模型提出
假說1：軌道量子化
玻爾原子理論的基本假設
當電子在不同的軌道上運動時，原子處于不同的狀態，具有不同的能量。
①能級：各軌道上量子化的能量
②定態：原子中這些具有確定能量的穩定狀態
基態：能量最低的狀態(離核最近)
激發態：其他的能量狀態
n=1
n=2
n=3
E3
E1
E2
基
激
激
針對原子的穩定性提出
假說2：定態（能量量子化）
　量子數
能級圖
軌道與能級相對應
E４
1
2
3
4
5
E１
E３
E２
E５
E∞
+
hv=En-Em
原子在始、末兩個能級Em和En( Em>En )間躍遷時發射(或吸收)光子的頻率可以由前后能級的能量差決定：
假說3. 頻率條件（躍遷）
原子系統的變化只能是從一個穩定態，完全躍遷到另一個穩定態。
低能級（Em）
電子吸收光子克服庫侖引力做功，原子能量增加
高能級（En）
電子輻射光子，原子能量減少
(n>m)
針對原子光譜是線狀譜提出
E４
1
2
3
4
5
E１
E３
E２
E５
E∞
1.盧瑟福原子核式結構模型的局限:
盧瑟福原子模型不能解釋原子的 和原子光譜的 :
穩定性
不連續性
2.玻爾原子模型
(1)軌道定態
原子核外的電子只能在一些分立的特定軌道上繞核運動;電子在這些軌道上運動時,原子具有一定能量,其數值也是分立的,電子的軌道和原子的能量都是 。電子雖然做圓周運動,但不向外輻射能量,處于_______狀態,電子處于分立軌道的這些狀態稱為定態。
量子化的
穩定的
(2)頻率條件
當電子從能量較高的定態軌道躍遷到能量較低的定態軌道時,原子會_____光子。反之,當 光子時,電子會從能量較低的定態軌道躍遷到能量較高的定態軌道。輻射(或吸收)的光子的能量hν由兩個定態的能量差決定,即該光子的能量應滿足頻率條件: (m>n)。
輻射
吸收
hν=Em-En
氫原子的能級結構
1.能級:在玻爾的原子模型中,原子只能處于一系列 的能量狀態。在每個狀態中,原子的能量值都是 ,各個確定的能量值稱為能級。
不連續
確定的
2.氫原子能級結構示意圖
氫原子在不同能級上的能量值
為:_________________
En=(n=1,2,3…)
3.基態和激發態:在正常狀態下,原子處于最低能級,電子受核的作用力最大而處于離核 的軌道,這時原子的狀態稱為 。電子 能量后,原子從低能級躍遷到高能級,這時原子的狀態稱為 。當電子從高能級軌道躍遷到低能級軌道時原子會 能量;當電子從低能級軌道躍遷到高能級軌道時,原子要 能量。
最近
基態
吸收
激發態
輻射
吸收
4.(1)電子繞核做圓周運動時,不向外輻射能量。
(2)原子輻射的能量與電子繞核運動無關,只由躍遷前后的兩個能級差決定。
(3)電子軌道半徑為:_________________。
rn=n2r1(n=1,2,3…)
+
rn
v
n=1
n=2
n=3
-
原子的能量與電子的軌道半徑相對應,當軌道半徑增大,原子的能量越大,同時電子的電勢能和動能是增大還是減小？
(1)電子軌道半徑增大，需要克服電場力做功，電勢能增大。
+
rn
v
n=1
n=2
n=3
-
解釋氫原子光譜　
玻爾理論的局限
1.解釋氫原子光譜
由玻爾理論可知,激發到高能級Em的電子躍遷到低能級En,輻射出的光子的能量為hν= =________,即ν=____________,其中ν為輻射光子的頻率,h為普朗克常量,h=6.63×10-34 J·s。
Em-En
-
()
氫原子的能級圖
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
１
２
３
４
５
-13.6
-3.4
-1.51
-0.85
-0.54
0
n
E/eV
∞
基態
激發態
賴曼系
波爾理論解釋氫原子的譜系線
巴耳末系
→軌道躍遷光子能量分立
Hδ
Hγ
Hβ
Hα
帕邢系
布喇開系
普豐德系
能級分立
→譜線分立
ν=()
m=6
m=5
m=4
m=3
2.玻爾理論的局限
(1)成功之處
玻爾理論沖破了經典物理中能量連續變化的束縛,解
釋了原子結構和氫原子光譜的關系。引入了普朗克
的 概念,認為電子軌道和能量都是________的。
(2)局限性
沒有跳出經典力學的范圍,認為電子是經典粒子,運動有 軌道。因此,玻爾理論是一種半經典的量子論,是向描述微觀粒子規律的量子力學過渡階段中的一個理論。
量子化
量子化
確定的
波爾
(3)電子云
電子是微觀粒子,其運動與宏觀物體運動不同,沒有確定的方向和 。它們在原子核周圍各處出現的概率是不同的。人們將這些概率用點的方式表現出來,若某一空間范圍內電子出現的概率大,則這里的點就 ;若某一空間范圍內電子出現的概率小,則這里的點就 。這種用點的疏密表示電子出現的概率分布的圖形,稱為 。
軌跡
密集
稀疏
電子云
氫原子
n=1
氫原子
n=2
能級躍遷的幾種情況的對比
①由低能級到高能級
②吸收能量
a.光照射 hν＝E末－E初.
自發躍遷與受激躍遷的比較
①由高能級到低能級
②釋放能量，放出光子(發光)：hν＝E初－E末.
(1)自發躍遷：
(2)受激躍遷：
b.實物粒子碰撞
1.使原子能級躍遷的兩種粒子——光子與實物粒子
(1)原子若是吸收光子的能量而被激發，則光子的能量必須等于兩能級的能量差，否則不被吸收，不存在激發到n能級時能量有余，而激發到n＋1能級時能量不足，則可激發到n能級的問題。
(2)原子還可吸收外來實物粒子(例如：自由電子)的能量而被激發。
2.一個氫原子躍遷的可能情況
例如:一個氫原子最初處于n=4激發態,它向低能級躍遷時,有4種可能情況,如圖,情形Ⅰ中只有一種頻率的光子,其他情形為:情形Ⅱ中兩種,情形Ⅲ中兩種,情形Ⅳ中三種。
注意　上述四種情形中只能出現一種,不可能兩種或多種情形同時存在。
3. 躍遷與電離的問題
電離：指電子獲得能量后脫離原子核的束縛成為自由電子的現象。
電離能是氫原子從某一狀態躍遷到n＝∞時所需吸收的能量，其數值等于氫原子處于各定態時的能級值的絕對值。
a.光照射
情況1：E＜13.6ev的光子，入射光子能量必須等于兩個能級差才能被吸收
b.實物粒子碰撞
情況2：E≥13.6ev的光子（電離）
入射粒子能量大于兩個能級差即可吸收
吸收光子發生躍遷和電離的區別
氫原子光譜和玻爾的原子模型
一、玻爾
原子模型
二、氫原子的能級結構
三、解釋氫原子光譜　
玻爾理論的局限
成功之處
經典理論的困難：既無法解釋原子的穩定性，又無法解釋原子光譜的分立線狀譜．
氫原子在不同能級上的能量值En=(n=1,2,3…)
1．軌道量子化
2．定態
3．頻率條件
電子在不同軌道上的半徑rn=n2r1(n=1,2,3…)
電子軌道半徑越大，電勢能越大，動能越小
1.解釋氫原子能級圖
2.解釋巴耳末公式
3.電子云
局限性
1.自發躍遷與受激躍遷的比較
2.光子與實物粒子的比較
3.電離
四、能級躍遷的幾種情況的對比

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