第四节-原子的能级结构

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1、第四节第四节卢瑟福的原子核式结构模型卢瑟福的原子核式结构模型与与经典电磁理论经典电磁理论的矛盾的矛盾核外电子绕核运动核外电子绕核运动辐射电磁波，能量变少辐射电磁波，能量变少电子轨道半径连续变小，最后会栽在原子核上电子轨道半径连续变小，最后会栽在原子核上原子不稳定原子不稳定辐射电磁波频率连续变化辐射电磁波频率连续变化事实上事实上：原子是稳定的，原子是稳定的， 电子总是绕着原子核运动电子总是绕着原子核运动原子光谱是线状谱原子光谱是线状谱e玻尔理论的基本假设玻尔理论的基本假设现象：现象：氢原子光谱是分立氢原子光谱是分立( (线状线状) )的，原子是稳定的的，原子是稳定的. .设想：设想：原子内部的能

2、量也是不连续的原子内部的能量也是不连续的。F1913年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础上，年丹麦物理学家玻尔在卢瑟福核模型基础上，结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提出假结合普朗克量子假设和原子光谱的分立性，提出假设：设：定态假设定态假设：原子只能处于一系列不连续的能量状原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些具有确定能量状态的原子是稳定的，态中，在这些具有确定能量状态的原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫态叫定态定态玻尔理论的基本假设玻尔理论的基本假设轨道能级化假设：轨道能级化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同

3、的圆形轨道绕核运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。轨道的分布也是不连续的。(1)处于高能级的原子会自发处于高能级的原子会自发 地向低能级跃迁，并且在地向低能级跃迁，并且在 这个过程中辐射光子这个过程中辐射光子 。(2)反之，原子吸收了特定频反之，原子吸收了特定频 率的光子或者通过其他途率的光子或者通过其他途 径获得能量时便可以从低径获得能量时便可以从低 能级向高能级跃迁。能级向高能级跃迁。hvEmEmhvEmEn跃迁假设跃迁假设: :从一个定态到另一个定态从一个定态到

4、另一个定态 总结：能级结构猜想总结：能级结构猜想能级：能级：原子内部不连续的能量状态所具有的的能量称原子内部不连续的能量状态所具有的的能量称为原子的能级。为原子的能级。 数值上等于原子在定态时的能量值。数值上等于原子在定态时的能量值。跃迁：跃迁：原子从一个能级变化到另一个能级的过程。原子从一个能级变化到另一个能级的过程。 在跃迁的过程中，原子辐射在跃迁的过程中，原子辐射( (或吸收或吸收) )光子的能光子的能量为量为: : hv= Em- - En 辐射条件辐射条件 Em和和En分别为跃迁前后的能级分别为跃迁前后的能级w能级的计算能级的计算 最先得出氢原子能级表达式的，是丹麦物理学最先得出氢原

5、子能级表达式的，是丹麦物理学家玻尔，他在吸取前人思想的基础上，通过大胆家玻尔，他在吸取前人思想的基础上，通过大胆假设，推导出氢原子的能级满足：假设，推导出氢原子的能级满足： 式子表明，氢原子的能量是不连续的，只能取一式子表明，氢原子的能量是不连续的，只能取一些定值，也就是说氢原子的能量是量子化的些定值，也就是说氢原子的能量是量子化的, ,因此因此n n也被称为也被称为能量量子数能量量子数。 n=1,2,3,4，n取正整数取正整数2nRhcEn注意：注意：原子的能量一般指电势能与动能之和原子的能量一般指电势能与动能之和 即：即：En=(EP+EK) 0电子吸收到的能量恰好等于当时能量的绝电子吸收

6、到的能量恰好等于当时能量的绝对值时对值时,电子恰好被电离。恰好电离后电子恰好被电离。恰好电离后En=0、 EP=0、 EK=0电子吸收到的能量大于当时能量的绝对值时，电子吸收到的能量大于当时能量的绝对值时，电子被电离，电离后电子被电离，电离后E0、 EP=0、 EK0电子吸收能量的形式一般有两种电子吸收能量的形式一般有两种吸收合适频率光子的能量（可能全吸收吸收合适频率光子的能量（可能全吸收或全不吸收）或全不吸收）电子与其它粒子碰撞时吸收能量（全吸电子与其它粒子碰撞时吸收能量（全吸收或部分吸收）收或部分吸收）（1） 动能跟动能跟n 的关系的关系由由nnnrmvrke222 得得2221221nr

7、kemvEnnkn （2）电势能跟）电势能跟n的关系的关系221-nrkeerkeeEnnp（3）能级能量与）能级能量与n的关系的关系221212-nnErkeEEEnpkn一、氢原子的能级一、氢原子的能级基态：基态：在正常状态下，氢原子处于最低的能级在正常状态下，氢原子处于最低的能级E1 (n=1),这个最低能级对应的定态称为基态这个最低能级对应的定态称为基态。激发态：激发态：当电子受到外界激发时，可从基态跃迁到较当电子受到外界激发时，可从基态跃迁到较 高的能级高的能级E2，E3上，这些能级对应的定态上，这些能级对应的定态 称为激发态称为激发态。 处于激发态的原子是不稳定的，它会向较低的处于