原子的能級結(jié)構(gòu)課件

1、第四節(jié) 原子的能級結(jié)構(gòu)【問題】 巴耳末找到了氫原子光譜的各譜線間的規(guī)律。 1.但為什么氫原子光譜會遵循這樣的規(guī)律？ 2.形成原子光譜的原因究竟是什么？一.能級結(jié)構(gòu)猜想原子發(fā)光機(jī)理猜想：由能量守恒知，原子發(fā)光必然伴隨原子能量的減小。能量的減小對應(yīng)于原子從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)。由原子發(fā)光的不連續(xù)，可以判斷原子能量的不連續(xù)。綜合以上推理，可以斷定原子的能量狀態(tài)是不連續(xù)的。能級原子內(nèi)部不連續(xù)的能量稱為原子的能級。躍遷原子從一個(gè)能級躍遷到另一個(gè)能級的過程叫做躍遷。第四節(jié) 原子的能級結(jié)構(gòu)能級躍遷猜想能級原子內(nèi)部不連續(xù)的能量稱為原子的能級。躍遷原子從一個(gè)能級躍遷到另一個(gè)能級的過程叫做躍遷。1.處于高能級

2、的原子會自發(fā)地向低能級躍遷，并在躍遷過程中輻射光子，釋放出能量。2.處于低能級的原子吸收了特定頻率的光子或者獲得能量時(shí)，便可以從低能級躍遷到高能級。根據(jù)能量守恒和愛因斯坦光子說理論：第四節(jié) 原子的能級結(jié)構(gòu)二.氫原子的能級廣義巴耳末公式：玻爾能級公式： 這個(gè)式子表明，氫原子的能量是不連續(xù)的，只能取一些定值，這就是說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時(shí)對應(yīng)E1，這個(gè)最低能級對應(yīng)的能量狀態(tài)稱為基態(tài)基態(tài)能量：第四節(jié) 原子的能級結(jié)構(gòu)第四節(jié) 原子的能級結(jié)構(gòu)從不同能級躍遷到某一特定能級就形成一個(gè)線系。第四節(jié) 原子的能級結(jié)構(gòu)三.玻爾理論的主要內(nèi)容1.定態(tài)： 原子只能處于一系列不連續(xù)

3、的能量狀態(tài)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫定態(tài)。2.軌道躍遷： 原子從一種定態(tài)(設(shè)能量為E初)躍遷到另一種定態(tài)(設(shè)能量為E終)時(shí)，它輻射(或吸收)一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定。 即：h=E初E終3.軌道量子化： 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)動相對應(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。3、軌道：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)動相對應(yīng)，原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道半徑也是不連續(xù)的。氫原子的能級公式和軌道半徑公式其中n叫量子數(shù)，n=1,2,3. E1=-13.6

4、ev, r1=0.5310-10m氫原子能級躍遷圖 原子也可以從激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷，電子所受庫侖力做正功減小電勢能，原子的能量減少要輻射出能量，這一能量以光子的形式放出 原子最低能級所對應(yīng)的狀態(tài)叫做基態(tài)，比基態(tài)能量高的狀態(tài)叫激發(fā)態(tài) 原子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷，電子克服庫侖引力做功增大電勢能，原子的能量增加要吸收能量光子的發(fā)射和吸收 人們早在了解原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)之前就已經(jīng)觀察到了氣體光譜，不過那時(shí)候無法解釋為什么氣體光譜只有幾條互不相連的特定譜線，玻爾理論很好的解釋了氫原子的光譜光譜分析的技術(shù)在科學(xué)研究中有廣泛的應(yīng)用，一種元素在樣品中的含量即使很少，也能觀察到它的光譜因此光譜分析可以用來確定樣品中包含哪些

5、元素，這種方法非常靈敏，利用光譜還能確定遙遠(yuǎn)星球的物質(zhì)成分 漆碗：第三文化層（距今65006000年）利用紅外光分析其表面，其光譜圖和馬王堆漢墓出土漆皮的裂解光譜圖相似 X射線照射激發(fā)熒光，通過分析熒光判斷越王勾踐寶劍的成分 玻爾理論成功的解釋并預(yù)言了氫原子輻射的電磁波的問題，但是也有它的局限性在解決核外電子的運(yùn)動時(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，在解決其他問題上遇到了很大的困難例1、氫原子的核外電子由一個(gè)軌道躍遷到另一軌道時(shí)，可能發(fā)生的情況有：A、放出光子，電子動能減小，原子勢能增加；B、放出光子，電子動能增加，原子勢能減少；C、吸收光

6、子，電子動能減小，原子勢能增加；D、吸收光子，電子動能增加，原子勢能減小。分析：根據(jù)玻爾理論，氫原子的不同定態(tài)是跟核外電子繞不同圓形軌道運(yùn)動相對應(yīng)的。氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量值（包括電子的動能和電子與核子之間的電勢能)稱為各個(gè)定態(tài)的能級。用En表示電子在第n軌 道上的原子能級，用E1表示電子在第1軌道上的原子能級，且， 這表明電子在外軌道的能級高于電子在內(nèi)軌道時(shí)的能級。又根據(jù)原子由 高能級向低能級躍遷要放出一個(gè)光子，原子由低能級向高能級躍遷要吸收一個(gè)光子。可見，原子放出光子是電子由外軌道向內(nèi)軌道躍遷，原子吸收光子是電子由內(nèi)軌道向外軌道躍遷。根據(jù)電子繞原子核做勻速圓周運(yùn)動的動力學(xué)方程得到電子繞核運(yùn)

7、轉(zhuǎn)時(shí)動能的表達(dá)式由上式可以看出，電子在半徑較大的軌道上運(yùn)行時(shí)，動能反而小。根據(jù)電子與原子核間的作用力是引力，電子由較低軌道躍遷到較高軌道時(shí)，電場力做負(fù)功，電勢能增加。因此，當(dāng)原子放出光子時(shí)，是電子從高軌道向較低軌道躍遷，電子的動能增加，原子的勢能減少，總能量亦減少，選項(xiàng)B正確。當(dāng)原子吸收光子時(shí)，是電子從較低軌道向較高軌道躍遷，電子的動能減小，原子的勢能增加，原子的總能量增加，選項(xiàng)C正確。答：選項(xiàng)B、C正確。說明：電子在半徑為r的軌道上繞核做勻速圓周運(yùn)動時(shí)，電子具有的動能設(shè)電子距原子核為無窮遠(yuǎn)時(shí)，原子的電勢能為零，那么，電子在半徑為r的軌道上繞核運(yùn)行時(shí)，原子的電勢能原子具有的總能量例2、一群處于

8、n=5的激發(fā)態(tài)的氫原子，當(dāng)它們向n=2的能級躍遷時(shí)，可能輻射n種頻率的光子，其中光子的最大和最小的頻率各為多少？分析：原子輻射光子的能級躍遷情況如圖所示。原子由第5能級向第2能級躍遷時(shí)，輻射的光子能量最大，頻率也最大。原子由第5能級向第4能級躍遷時(shí)，輻射的光子能量最小，頻率也最小。解答：一群處于n=5的激發(fā)態(tài)的氫原子，當(dāng)它們向n=2的能級躍遷時(shí)，可能輻射6種頻率的光子。從n=5直接躍遷到n=2的能級時(shí)，輻射的光子的頻率最大，從n=5躍遷到n=4的能級時(shí)，輻射的光子的頻率最小，課堂練習(xí)1、玻爾在他提出的原子模型中所做的假設(shè)有 A、原子處于稱為定態(tài)的能量狀態(tài)時(shí)，雖然電子做加速運(yùn)動，但并不向外輻射能

9、量 B、原子的不同能量狀態(tài)與電子沿不同的圓軌道繞核運(yùn)動相對應(yīng)，而電子的可能軌道的分布是不連續(xù)的 C、電子從一個(gè)軌道躍遷到另一軌道時(shí)，輻射（或吸收）一定頻率的光子 D、電子躍遷時(shí)輻射的光子的頻率等于電子繞核做圓周運(yùn)動的頻率答案：ABC2、氫原子的核外電子，在由離核較遠(yuǎn)的可能軌道躍遷到離核較近的可能軌道的過程中A、輻射光子，獲得能量B、吸收光子，獲得能量C、吸收光子，放出能量D、輻射光子，放出能量答案：D3、在玻爾的原子模型中，比較氫原子所處的量子數(shù)n=1及n=2的兩個(gè)狀態(tài)，若用E表示氫原子的能量，r表示氫原子核外電子的軌道半徑，則A、 E2E1、r2r1； B、E2E1，r2r1；C、E2r1；

10、 D、E2E1，r2r1 。 答案：A4、根據(jù)玻爾理論，氫原子的電子由外層軌道躍遷到內(nèi)層軌道后A、原子的能量增加，電子的動能減少B、原子的能量增加，電子的動能增加C、原子的能量減少，電子的動能減少D、原子的能量減少，電子的動能增加答案：D5、按照玻爾理論，氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道上，則A、電子的動能變大，電勢能變大，總能量變大B、電子的動能變小，電勢能變小，總能量變小C、電子的動能變小，電勢能變大，總能量不變D、電子的動能變小，電勢能變大，總能量變大答案：D6、氫原子在下列各能級間躍遷（如圖所示）（1）從n=2到n=1（2）從n=5到n=3（3）從n=4到n=2在躍遷

11、過程中輻射的電磁波的波長分別用1、2、3表式，波長1、2、3大小的順序是：A、1 2 3 ； B、13 2 ；C、3 2 1 ； D、3 1 2 。答案：B7、用光子能量為E的單色光照射容器中處于基態(tài)的氫原子。停止照射后，發(fā)現(xiàn)該容器內(nèi)的氫能夠釋放出三種不同頻率的光子，它們的頻率由低到高依次為1、2、3，由此可知，開始用來照射容器的單色光的光子能量可以表示為： h1；h3；h(1+2)；h(1+2+3) 以上表示式中A.只有正確 B.只有正確 C.只有正確 D.只有正確 答案：C第四節(jié) 原子的能級結(jié)構(gòu)【例1】用動能為12.3eV的電子，激發(fā)一群處于基態(tài)的氫原子可使氫原子激發(fā)到哪幾個(gè)能級上？被激發(fā)的氫原子輻射光子時(shí)，可能產(chǎn)生幾條光譜線？畫一能級圖，在圖上用箭頭標(biāo)明這些氫原子能發(fā)出的幾條譜線。計(jì)算這幾條光譜線中波長最短