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能層與能級、基態與激發態、原子光譜
第一章 原子結構與性質
1.了解有關核外電子運動模型的歷史發展過程，認識核外電子的運動特點。
2.了解核外電子的運動狀態,知道原子核外電子的能層分布、能級分布及其能量的關系。
3.了解電子運動的能量狀態具有量子化的特征(能量不連續),知道電子可以處于不同的能級,在一定條件下會發生激發與躍遷。
1803年
道爾頓
1904年
1911年
1913年
1926～1935年
湯姆孫
盧瑟福
波爾
薛定諤
提出原子
確認電子
實心球模型
葡萄干面包模型
行星式模型
分層模型
現代電子云模型
提出電子分層運動
提出電子沒有確定軌道
確認原子核
發現質子
預測中子
人類認識原子的歷史是漫長的，也是無止境的。












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原子核
核外電子
原子
質子(Z)
中子(N)
X
A
Z
質量數(A)＝質子數(Z)＋中子數(N)
決定元素的種類
決定原子的種類
最外層電子數決定元素的化學性質
核電荷數（z）= 核內質子數= 核外電子數=原子序數
電子數=原子序數±電荷數
丹麥物理學家玻爾
（N.Bohr,1885~1962)
玻爾模型
構造原理：即從氫開始，隨核電荷數遞增，新增電子填入原子核外“殼層”的順序，電子只能在原子核外具有特定能量的“殼層”中運動。由此開啟了用原子結構解釋元素周期律的篇章。
5年后，玻爾的“殼層”落實為“能層”與“能級”，厘清了核外電子的可能狀態，復雜的原子光譜得以詮釋。
1936年，德國科學家馬德隆發表了以原子光譜事實為依據的完整的構造原理。
波爾原子模型
電子層
一、能層與能級
1.能層
（1）概念：
多電子原子的核外電子的能量是不同的，按電子的能量差異，可將核外電子分成不同的能層。（K、L、M、N、O、P、Q等）
電子層
能層
能層越高，電子的能量越高
（2）表示方法及各能層最多容納的電子數
能層 一 二 三 四 五 六 七 n
符號 K　 L　 M　 N　 O P Q —
最多電子數 2 8　 18 32 50 72 98
原子核外電子總是盡可能先排布在能量較低的能層上，然后由內向外依次排布在能量逐漸升高的能層。
能層越高,電子的能量越高。E(K)①能量規律
②數量規律
=2×12
=2×22　
=2×32
=2×42
=2×52
=2×62
=2×72
2n2
每層容納的電子數不超過2n2（n為能層序數）
原子最外層電子數目不能超過8個(K層為最外層時不能超過2個電子)。次外層電子數目不超過18個(K層為次外層時不能超過2個)，倒數第三層電子數目不超過32個。
(1) 多電子原子的同一能層電子的能量不同，分為不同的能級。
(2) 表示方法：分別用相應能層的序數和字母s、p、d、f 等表示。
2. 能級
(3)能層、能級與容納電子數
能層 K L M N 最多電子數 能級 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
最多電子數
2 8 18 32
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
①任一能層的能級總是從s能級開始，能級符號的順序是ns、np、nd、nf......(n為能層序數)。
能級數=能層序數。即第一能層只有1個能級(1s)，第二能層有2個能級(2s和2p)，依次類推。
②以s、p、d、f.....排序的每個能級最多可容納的電子數依次為自然數1、3、5、7……的2倍。每一能層中最多容納的電子數為2n2(n代表能層序數)。
③不同能層中符號相同的能級所容納的最多電子數相同。
思考與討論
能層中的能級數=能層序數
能層最多容納電子數=2n2
2、6、10、14
相同
能 級 5s 5p 5d 5f 5 總數
最多電子數
50
2 6 10 14 18 50
1.一個能層的能級與能層序數（n）間存在什么關系？一個能層最多可容納的電子數與能層序數（n）間存在什么關系
2.以s、p、d、f、為符號的能級分別最多可容納多少電子？3d、4d、5d能級所能容納的最多電子數是否相同？
3.第五能層最多可容納多少電子？它們分別容納在幾個能級中？各能級最多容納多少個電子？（注：高于f的能級不用符號表示。）
③能層離核越近能量越低。（ ）
④同一能層的電子能量一定相同。（ ）
②各能級(s、p、d、f ……)上所能容納的電子數依次為1、3、 5 、7…… 的2倍。（ ）
①原子核外電子按能量不同分為不同的能層，同一能層又按能量不同分為不同的能級。（ ）
⑤同一原子中，同一能層同一能級的電子能量一定相同。（ ）
⑥第 能層最多能容納的電子數為 ，所以鈉原子的第三能層填有18個電子（ ）
1、判斷正誤
2.在同一個原子中，M能層上的電子與Q能層上的電子的能量( )
A．前者大于后者 B．后者大于前者
C．前者等于后者 D．無法確定
B
3.以下能級符號正確的是（ ）
A、6s B、2d C、3f D、7p
4.若n=3，以下能級符號錯誤的是（ ）
A．n p B．n f C．n d D．n s
AD
B
5.下列各電子能層中，不包含 d 能級的是 （ ）
A、N能層 B、M能層 C、L能層 D、K能層
CD
什么是“光”？什么是“光譜”？
光
光是一種電磁波，
不同波長的光具有不同能量 E＝hυ ， υ＝c/λ
光譜
復色光經過色散系統（如棱鏡）分光后，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案。
由各種波長的光所組成，且相近的波長差別極小而不能分辨所得的光譜。如：陽光。
連續光譜
氫原子的線狀光譜
太陽光的連續光譜
各種波長差別極小而不能分辨
特定波長、彼此分離
二、基態與激發態 原子光譜
1、能量最低原理
原子的電子排布遵循能量最低原則使整個原子的能量處于 狀態
最低
2、基態原子與激發態原子
原子
基態原子（穩定）
激發態原子（不穩定）
處于最低能量
處于較高能量
吸收能量
釋放能量
E0
E1
E2
E3
En
激發態能級
基態能級
吸收能量
電子躍遷
釋放能量
電子躍遷
光(輻射)是電子躍遷釋放能量的重要形式，一般是能量相近的能級間發生電子躍遷。光的波長可用兩個軌道的能量差計算。
光
不同元素的原子，電子發生躍遷時會吸收或釋放不同的光，可以用光譜儀攝取各種元素原子的吸收光譜或發射光譜，總稱原子光譜。
3.原子光譜
基態原子
激發態原子
吸收能量
釋放能量
形成吸收光譜
形成發射光譜
電子躍遷
4、發射光譜與吸收光譜對比
特征：暗背景，彩色亮線，線狀不連續
特征：亮背景，暗線，線狀不連續
發射光譜
吸收光譜
Li
He
Hg
同種元素發射光譜中的彩色亮線與吸收光譜中的暗線處于相同位置。
某些波長的光被釋放
來源于光源
某些波長的光被吸收
5、原子光譜的應用
(1)發現新元素
如：銫（1860年）和銣（1861年），其光譜中有特征的籃光和紅光。
1868年科學家們通過太陽光譜的分析發現了稀有氣體氦。
在現代化學中，常利用原子光譜上的特征譜線來鑒定元素，稱為光譜分析。
5、原子光譜的應用
(2)檢驗元素
焰色試驗
_______變化
物理
基態原子吸收能量，電子從基態躍遷到激發態后，電子從較高能量的激發態躍遷到較低能量的激發態乃至基態時，將能量以光的形式釋放出來。
焰色試驗屬于發射光譜
(3)焰火、激光、熒光、LED燈光
光(輻射)是電子釋放能量的重要形式之一。焰火、霓虹燈光、激光、熒光、LED 燈光等都與核外電子躍遷釋放能量有關。
霓虹燈管中裝載的氣體不同，在高壓的激發下發出的光的顏色就不同。
基態Ne原子
激發態Ne原子
在電場的作用下
電子躍遷到較高能級
很快又會以光的形式釋放能量
躍遷到較低能級
光的波長恰好位于可見光區域中的紅色波段，所以看見紅色光。
科學史話：離散的譜線
1814年，德國物理學家夫瑯禾費發明了分光鏡并用來觀察太陽光，發現在太陽光譜中有570多條黑線（現知幾千條），后人稱之為夫瑯禾費線。
1859年,德國科學家本生 和基爾霍夫發明了光譜儀，證實了夫瑯禾費線實質上是原子的吸收光譜，并一一找到對應的元素。例如，被夫瑯禾費標記為 D 的雙線源自鈉（如圖)，后人稱為鈉雙線
科學史話：離散的譜線
原子光譜為什么是離散的譜線而不是連續的呢？
1913年，玻爾創造性地假設，被束縛在原子核外的電子的能量是量子化的，只能取一定數值，稱為定態，而原子光譜的譜線是不同定態的電子發生躍遷產生的，因而是離散的而不是連續的譜線。
1925年，德國科學家洪特解釋了復雜光譜，得出了過渡元素（包括鉻和銅等）的光譜學基態原子的電子排布，為構造原理的確立奠定了基礎
1、判斷正誤
(1)光(輻射)是電子躍遷釋放能量的重要形式之一(　　)
(2)霓虹燈光、激光、螢光都與原子核外電子躍遷吸收能量有關(　　)
(3)產生激光的前提是原子要處于激發態(　　)
(4)同一原子處于激發態時的能量一定高于基態時的能量(　　)
電子層 能級數 能級類型 原子軌道數 可容納電子數
1 1 1s 1（1s） 2
2 2 2s、2p 4（2s、2Px、2Py、2Pz） 8
3 3 3s、3p、3d 9 (3s、3Px、3Py、3Pz、3d) 18
4 4 4s、4p、4d、4f 16 32
n n n2 2n2
一、 能層與能級
二、基態與激發態 原子光譜
基態原子
激發態原子
吸收能量
釋放能量
形成吸收光譜
形成發射光譜
電子躍遷

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