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量子论视野下的原子模型
一、玻尔提出原子模型的背景:
卢瑟福的原子核式结构学说很好地解释了a粒子的散射实验,初步建立了原子结构的正确图景,但跟经典的电磁理论发生了矛盾。
按照经典理论,电子在围绕原子核高速运转时,必然要向外辐射电磁波,因此辐射能量后的电子,将随着能量的减少,电子绕核运行的轨道半径也要减小,于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核,这样,原子也将“塌方”,不再成为原子了。但事实上,原子的结构相当稳定。
矛盾(1):原子的结构的稳定性:
同时,按照经典电磁理论,电子绕核运行时辐射电磁波的频率应该等于电子绕核运行的频率,随着运行轨道半径的不断变化,电子绕核运行的频率要不断变化,因此原子辐射电磁波的频率也要不断变化。这样,大量原子发光的光谱就应该是包含一切频率的连续谱。
矛盾(2):原子光谱的不连续性续性
以上矛盾表明,从宏观现象总结出来的经典电磁理论不适用于原子这样小的物体产生的微观现象。为了解决这个矛盾,1913年玻尔在卢瑟福学说的基础上,把普郎克的量子理论运用到原子系统上,提出了玻尔理论。
二、玻尔理论的主要内容:
1、原子只能处于一系列不连续的能量状态中,在这些状态中原子是稳定的,电子虽然绕核运动,但并不向外辐射能量。这些状态叫定态。
2、原子从一种定态(设能量为E初)跃迁到另一种定态(设能量为E终)时,它辐射(或吸收) 一定频率的光子,光子的能量由这两种定态的能量差决定,即
3、原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的,因此电子的可能轨道的分布也是不连续的。
玻尔(1885~1962)
玻尔的原子模型概括
4 3 2 1
E4
E3
E2
E1
定态假设
跃迁假设
4 3 2 1
E4
E3
E2
E1
轨道假设
4 3 2 1
hv=E初– E未
En=
rn=
n2r1
三、玻尔计算出氢的电子的计算公式:
rn=n2 r1
轨道半径:
(n=1,2,3……)
能量:
(n=1,2,3……)
式中r1 ( r1 =×10-10m )、E1 ( E1=-)、分别代表第一条(即离核最近的)可能轨道的半径和电子在这条轨道上运动时的能量,rn、En 分别代表第n条可能轨道的半径和电子在第n条轨道上运动时的能量,n是正整数,叫量子数。
四、氢原子的能级图:
-----------------
1
2
3
4
5
-
-
-
-
-
0 eV
n
E
∞
关于光谱线条数的说明
1)一群氢原子跃迁发出的可能光谱线条数
2)一个氢原子跃迁发出的可能光谱线条数最多为
2、原子发光现象:原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程,是辐射能量的过程,这个能量以光子的形式辐射出去,这就是原子发光现象。
1)能级:氢原子的各个定态的能量值,叫它的能级
3)激发态:除基态以外的能量较高的其他能级,叫做激发态
2)基态:在正常状态下,原子处于最低能级,这时电子在离核最近的轨道上运动,这种定态叫基态
五、原子发光机理:
1、几个概念:
玻尔理论成功的解释并预言了氢原子辐射的电磁波的问题,但是也有它的局限性.
在解决核外电子的运动时成功引入了量子化的观念
同时又应用了“粒子、轨道”等经典概念和有关牛顿力学规律
除了氢原子光谱外,在解决其他问题上遇到了很大的困难.
六、玻尔模型的局限性
氦原子光谱
量子化条件的引进没有适当的理论解释。
阅读课本58页
电子云
,不正确的说法是【】
A、原子只能处于一系列不连续的状态中,每个状态都对应一定的能量
B、原子中,虽然核外电子不断做加速运动,但只要能量状态不改变,就不会向外辐射能量
C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时,一定要辐射一定频率的光子
D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道,并且这些轨道是不连续的
C
定态