原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)

第四節(jié)

原(Yuan)子的能級(jí)結(jié)構(gòu)第一頁(yè)，共二十五頁(yè)。經(jīng)典(Dian)理論的困難盧瑟福的原子核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典電磁理論的矛盾核外電子繞核運(yùn)動(dòng)輻射電磁波，能量變少電子軌道半徑連續(xù)變小，最后會(huì)栽在原子核上原子不穩(wěn)定輻射電磁波頻率連續(xù)變化事實(shí)上：原子是穩(wěn)定的，電子總是繞著原子核運(yùn)動(dòng)原子光譜是線狀譜第二頁(yè)，共二十五頁(yè)。玻爾理論的(De)基本假設(shè)現(xiàn)象：氫原子光譜是分立(線狀)的，原子是穩(wěn)定的.設(shè)想：原子內(nèi)部的能量也是不連續(xù)的。1913年丹麥物理學(xué)家玻爾在盧瑟福核模型基礎(chǔ)上，結(jié)合普朗克量子假設(shè)和原子光譜的分立性，提出假設(shè)：定態(tài)假設(shè)：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，在這些具有確定能量狀態(tài)的原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫定態(tài)第三頁(yè)，共二十五頁(yè)。玻爾理論的基本(Ben)假設(shè)軌道能級(jí)化假設(shè)：原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。第四頁(yè)，共二十五頁(yè)。(1)處于高能級(jí)的原(Yuan)子會(huì)自發(fā)地向低能級(jí)躍遷，并且在這個(gè)過(guò)程中輻射光子。(2)反之，原子吸收了特定頻率的光子或者通過(guò)其他途徑獲得能量時(shí)便可以從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷。hvEmEmhvEmEn躍遷假設(shè):從一個(gè)定態(tài)到另一個(gè)定態(tài)

第五頁(yè)，共二十五頁(yè)?？偨Y(jié)：能級(jí)結(jié)構(gòu)猜(Cai)想能級(jí)：原子內(nèi)部不連續(xù)的能量狀態(tài)所具有的的能量稱為原子的能級(jí)。

數(shù)值上等于原子在定態(tài)時(shí)的能量值。躍遷：原子從一個(gè)能級(jí)變化到另一個(gè)能級(jí)的過(guò)程。

在躍遷的過(guò)程中，原子輻射(或吸收)光子的能量為:

hv=Em-En

輻射條件

Em和En分別為躍遷前后的能級(jí)第六頁(yè)，共二十五頁(yè)。能級(jí)的計(jì)算

最先得出氫原子能級(jí)表達(dá)式的，是(Shi)丹麥物理學(xué)家玻爾，他在吸取前人思想的基礎(chǔ)上，通過(guò)大膽假設(shè)，推導(dǎo)出氫原子的能級(jí)滿足：

式子表明，氫原子的能量是不連續(xù)的，只能取一些定值，也就是說(shuō)氫原子的能量是量子化的,因此n也被稱為能量量子數(shù)。

n=1,2,3,4，……n取正整數(shù)第七頁(yè)，共二十五頁(yè)。注意：⑴原子的能量一般(Ban)指電勢(shì)能與動(dòng)能之和即：En=(EP+EK)﹤0⑵電子吸收到的能量恰好等于當(dāng)時(shí)能量的絕對(duì)值時(shí),電子恰好被電離。恰好電離后En=0、EP=0、EK=0⑶電子吸收到的能量大于當(dāng)時(shí)能量的絕對(duì)值時(shí)，電子被電離，電離后E﹥0、EP=0、EK﹥0⑷電子吸收能量的形式一般有兩種①吸收合適頻率光子的能量（可能全吸收或全不吸收）②電子與其它粒子碰撞時(shí)吸收能量（全吸收或部分吸收）第八頁(yè)，共二十五頁(yè)。（1）動(dòng)(Dong)能跟n

的關(guān)系由得（2）電勢(shì)能跟n的關(guān)系對(duì)氫原子的任何能級(jí)而言,電勢(shì)能的絕對(duì)值等于電子動(dòng)能值的2倍,因此電子繞核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能恰好等于n=1的能級(jí)絕對(duì)值.（3）能級(jí)能量與n的關(guān)系第九頁(yè)，共二十五頁(yè)。一、氫(Qing)原子的能級(jí)基態(tài)：在正常狀態(tài)下，氫原子處于最低的能級(jí)E1

(n=1),這個(gè)最低能級(jí)對(duì)應(yīng)的定態(tài)稱為基態(tài)。激發(fā)態(tài)：當(dāng)電子受到外界激發(fā)時(shí)，可從基態(tài)躍遷到較高的能級(jí)E2，E3…上，這些能級(jí)對(duì)應(yīng)的定態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。

處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，它會(huì)向較低的能級(jí)躍遷，躍遷時(shí)釋放出來(lái)的能量以光子的形式向外輻射，這就是氫原子發(fā)光的現(xiàn)象。原子輻射出的光子的能量等于兩能級(jí)間的能量差。第十頁(yè)，共二十五頁(yè)。電(Dian)子軌道能級(jí)基態(tài)n=1E1激發(fā)態(tài)E2n=2E3n=3E4n=4第十一頁(yè)，共二十五頁(yè)。１２３４５n∞以無(wú)窮遠(yuǎn)(Yuan)處為參考位置10.2eV12.1eV12.8eV吸收能量放出能量氫原子能級(jí)結(jié)構(gòu)En-3.4eV-1.51eV-0.85eV-0.54eV0eV-13.6eV賴曼系普豐德系布喇開系帕邢系巴耳末高能級(jí)低能級(jí)可見光第十二頁(yè)，共二十五頁(yè)。光譜(Pu)分析：主要是用線狀譜(Pu)第十三頁(yè)，共二十五頁(yè)。氫原子(Zi)的光譜的巴爾末系可見光大約范圍：380nm~780nm光譜分析第十四頁(yè)，共二十五頁(yè)。氫原子的能級(jí)計(jì)(Ji)算:氫原子的軌道關(guān)系:在各軌道上對(duì)應(yīng)的能級(jí)(包括電子的動(dòng)能和電勢(shì)能的總和)第十五頁(yè)，共二十五頁(yè)。氫原(Yuan)子的能級(jí)從可算出：以無(wú)窮遠(yuǎn)處作為零電勢(shì)參考位置n=1,2,3,4，……n取正整數(shù)能級(jí)間的躍遷產(chǎn)生不連續(xù)的譜線，從不同能級(jí)躍遷到某一特定能級(jí)就形成一個(gè)線系。第十六頁(yè)，共二十五頁(yè)。玻爾理論成功的(De)解釋并預(yù)言了氫原子輻射的(De)電磁波的(De)問(wèn)題，但是也有它的(De)局限性．在解決核外電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)成功引入了量子化的觀念同時(shí)又應(yīng)用了“軌道”等經(jīng)典概念和有關(guān)牛頓力學(xué)規(guī)律除了氫原子光譜外，在解決其他問(wèn)題上遇到了很大的困難．半經(jīng)典半量子理論，存在邏輯上的缺點(diǎn)，即把微觀粒子看成是遵守經(jīng)典力學(xué)的質(zhì)點(diǎn)，同時(shí)，又賦予它們量子化的特征。第十七頁(yè)，共二十五頁(yè)。二、能級(jí)與光譜項(xiàng)之間(Jian)的關(guān)系

第十八頁(yè)，共二十五頁(yè)。知識(shí)回(Hui)顧：1885年,巴耳末對(duì)當(dāng)時(shí)已知的,在可見光區(qū)的4條譜線作了分析,發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長(zhǎng)可以用一個(gè)公式表示：在躍遷的過(guò)程中，原子輻射(或吸收)光子的能量為:

hv=Em-En

輻射條件

Em和En分別為躍遷前后的能級(jí)公式可寫成：其中T（m）和T（n）稱為光譜項(xiàng)第十九頁(yè)，共二十五頁(yè)。第二十頁(yè)，共二十五頁(yè)。課堂練(Lian)習(xí)1.下面關(guān)于玻爾理論的解釋中,正確的說(shuō)法是()A.原子只能處于一系列不連續(xù)的狀態(tài)中，每個(gè)狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一定的能量；B.原子中，雖然核外電子不斷做加速運(yùn)動(dòng)，但只要能量狀態(tài)不改變，就會(huì)向外輻射能量；C.原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)時(shí)，一定要輻射一定頻率的光子；D.原子的每一個(gè)能量狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一個(gè)電子軌道，并且這些軌道是不連續(xù)的。AD第二十一頁(yè)，共二十五頁(yè)。三．原子躍遷(Qian)的幾個(gè)問(wèn)題1．能量變化問(wèn)題例.氫原子的能級(jí)是氫原子處于各個(gè)定態(tài)時(shí)的能量值，它包括氫原子系統(tǒng)的電勢(shì)能和電子在軌道上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道時(shí)（）A、氫原子的能量減小，電子的動(dòng)能增加B、氫原子的能量增加，電子的動(dòng)能增加C、氫原子的能量減小，電子的動(dòng)能減小D、氫原子的能量增加，電子的動(dòng)能減小A第二十二頁(yè)，共二十五頁(yè)。

一群氫原子處于量子數(shù)(Shu)為n的激發(fā)態(tài)時(shí)，可能輻射出的光譜線條數(shù)為

，一個(gè)氫原子處于量子數(shù)n為的激發(fā)態(tài)時(shí)，最多可能輻射出的光譜線條數(shù)為

。2．原子躍遷時(shí)釋放光子的頻率種數(shù)問(wèn)題三、幾個(gè)需要注意的問(wèn)題第二十三頁(yè)，共二十五頁(yè)。課(Ke)堂練習(xí)導(dǎo)與練P787、3、4、11第二十四頁(yè)，共二十五頁(yè)。4.實(shí)物粒子(Zi)和原子(Zi)的碰撞問(wèn)題由于實(shí)物粒子的動(dòng)能可部分或全部被原子吸收，所以只要入射粒子的動(dòng)能

原子某兩定態(tài)能之差，也可使原子受激發(fā)而向高能態(tài)躍遷。導(dǎo)練P78,105．躍遷與概率的綜合問(wèn)題

例４.（2004全國(guó)理綜）現(xiàn)有1200個(gè)氫原子被激發(fā)到量子數(shù)為4的能級(jí)上，若這些受激氫原子最后都回到基態(tài)，則在此過(guò)程中發(fā)出的光子總數(shù)是多少？假設(shè)處在量子數(shù)為n的激