18.4波尔的原子模型

2-4波尔的原子模型能级轨道假设43214321E4E3E2E1定态假设回顾科学家对原子结构的认识史汤姆孙发现电子汤姆孙的枣糕模型不能解释α粒子散射实验卢瑟福的核式结构模型存在困难：原子的稳定性原子光谱的分立特征4321E4E3E2E1能级假设跃迁假设4321E4E3E2E1轨道假设4321hν=E初–E末21nEEn=rn=n2r1玻尔（1885~1962）针对原子核式结构模型提出•围绕原子核运动的电子轨道半径只能是某些分立的数值。•且电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射mrv能级：量子化的能量值定态：原子中具有确定能量的稳定状态Ｅ４１２３４５Ｅ１Ｅ３Ｅ２Ｅ５量子数基态：能量最低的状态（离核最近）——基态激发态：其他的状态激发态能级图轨道图123针对原子的稳定性提出nEn针对原子光谱是线状谱提出当电子从能量较高的定态轨道（其能量记为Ｅm）跃迁到能量较低的定态轨道（能量记为Ｅn，mn）时，会放出能量为hν的光子（h是普朗克常量），这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝Ｅm-Ｅn称为频率条件，又称辐射条件基态激发态跃迁（电子克服库仑引力做功增大电势能，原子的能量增加）吸收光子（电子所受库仑力做正功减小电势能，原子的能量减少）辐射光子光子的发射和吸收吸收（辐射）光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝Ｅm-Ｅn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E初－E终.hv=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。为什么氢光谱是线状光谱？n=4n=3n=2n=1吸收能量释放能量氢原子从一个电子层跃迁到另一个电子层时，吸收或释放一定的能量，就会吸收或释放一定波长的光，所以得到线状光谱二、玻尔理论对氢光谱的解释nmr053.0112rnrneVE6.13121nEEnn∞：电子脱离核束缚0E12345∞n量子数-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV氢原子能级图－－－－－－－－－－－－－－－－－１２３４５-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540eVnE/eV∞基态激发态赖曼系巴耳末系帕邢系布喇开系普丰德系二、玻尔理论对氢光谱的解释氢原子能级图1、向低轨道跃迁12345∞n量子数-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV处于激发态的原子是不稳定的,可自发地经过一次或几次跃迁达基态跃迁时发射光子的能量：发射光子nmEEhv光子的能量必须等于能级差二、玻尔理论对氢光谱的解释2、向高轨道跃迁12345∞n量子数-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540E/eV吸收光子nmEEhv光子的能量必须等于能级差nEEhv使原子电离，破坏了原子结构，不再符合频率条件电子吸收能量克服核的引力，脱离原子，变成自由电子的现象---电离跃迁条件：电离条件：nEhv即：跃迁时吸收光子的能量：二、玻尔理论对氢光谱的解释跃迁时电子动能、原子势能、原子能量的变化1.当n减小即轨道半径减小时。库仑力做正功，电子动能增加、原子势能减小、向外辐射能量，原子能量减小。2.当n增大即轨道半径增大时。库伦力做负功，电子动能减小、原子势能增大、从外界吸收能量，原子能量增大。一个原子和一群原子氢原子核外只有一个电子，这个电子在某个时刻只能处在某一个可能的轨道上，在某段时间内，由某一轨道跃迁到另一个轨道时，可能的情况只有一种，但是如果容器中盛有大量的氢原子，这些原子的核外电子跃迁时就会有各种情况出现了．即：一群氢原子处于量子数为n的激发态时，可能辐射出的光谱条数为N＝nn－12＝C2n，而一个氢原子处于量子数为n的激发态上时，最多可辐射出n－1条光谱线．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．三、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。怎样修改玻尔模型？思想：必须彻底放弃经典概念？关键：用电子云概念取代经典的轨道概念电子在某处单位体积内出现的概率——电子云小结：1）轨道量子化假说2）能量量子化假说3）跃迁假说：nmEEhn验证：氢原子光谱弗兰克—赫兹实验rn=n2r1En=E1/n2玻尔的原子结构假说：电子云1、能级：氢原子的各个定态的能量值，叫它的能级。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。3、激发态：除基态以外的能量较高的其他能级，叫做激发态。4、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。能级：5、注意：从高能级向低能级跃迁时放出光子；从低能级向高能级跃迁时可能是吸收光子，也可能是由于碰撞、加热等方式来传递能量）。原子从低能级向高能级跃迁时只能吸收一定频率的光子；而从某一能级到被电离可以吸收能量大于或等于电离能的任何频率的光子。（如在基态，可以吸收E≥13.6eV的任何光子，所吸收的能量除用于电离外，都转化为电离出去的电子的动能）。若由于碰撞原子从低能级向高能级跃迁时，碰撞粒子的动能必须大于或等于两能级间的能量差。——弗兰克—赫兹实验。例2、（07年天津卷）图为氢原子能级的示意图，现有大量的氢原子处于ｎ＝４的激发态，当向低能级跃迁时辐射出若干不同频率的光。关于这些光下列说法正确的是（）Ａ．最容易表现出衍射现象的光是由ｎ＝４能级跃到ｎ＝１能级产生的Ｂ．频率最小的光是由ｎ＝２能级跃迁到ｎ＝１能级产生的Ｃ．这些氢原子总共可辐射出３种不同频率的光Ｄ．用ｎ＝２能级跃迁到ｎ＝１能级辐射出的光照射逸出功为6.34ｅＶ的金属铂能发生光电效应。nEn/eV0-0.85-1.51-3.4-13.6∞4321D例3、氢原子在某三个相邻能级之间跃迁时，可能发出三种不同波长的辐射光。已知其中的两个波长分别为1和2，且12,则另一个波长可能是A、1+2B、1-2C、1212D、1212CD例4、用光子能量为E的单色光照射容器中处于基态的氢原子。停止照射后，发现该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，它们的频率由低到高依次为ν1、ν2、ν3，由此可知，开始用来照射容器的单色光的光子能量可以表示为：①hν1；②hν3；③h(ν1+ν2)；④h(ν1+ν2+ν3)以上表示式中A.只有①③正确B.只有②正确C.只有②③正确D.只有④正确解：该容器内的氢能够释放出三种不同频率的光子，说明这时氢原子处于第三能级。根据玻尔理论应该有hν3=E3-E1，hν1=E3-E2，hν2=E2-E1，可见hν3=hν1+hν2=h(ν1+ν2)，所以照射光子能量可以表示为②或③，答案选C。321ν3ν2ν1例5、现有1200个氢原子被激发到量子数为4的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是多少？假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的。A.1200B.2000C.2200D.240011n解：画出示意图，分步计算，不难得出结论①400个，②400个，③400个，④200个，⑤200个，⑥200个，⑦400个，共2200个。3214①②③④⑤⑥⑦例6、原子从一个能级跃迁到一个较低的能级时，有时可能不发射光子。例如在某种条件下，铬原子由n=2能级跃迁到n=1能级时并不发射光子，而是将相应的能量转交给n=4能级上的电子使之电离，这种现象叫做俄歇效应。以这种方式电离出去的电子叫做俄歇电子。已知铬原子的能级公式可简化表示为2nAEn，式中n为量子数，A是一个正常数。则上述俄歇电子的动能是A．163AB．167AC．1611AD．1613A解：铬原子从n=2能级跃迁到n=1能级放能E2-E1=3A/4，从n=4能级上电离的电离能是A/16，因此剩余的动能是3A/4-A/16=11A/16。选C。