波爾的原子模型課件上課用

波爾原子模型歡迎來(lái)到波爾原子模型的講解。本課程將深入探討這一革命性理論，揭示其對(duì)現(xiàn)代原子物理的重大貢獻(xiàn)。引言1古代原子論古希臘哲學(xué)家提出原子概念，認(rèn)為物質(zhì)由不可分割的粒子組成。2道爾頓原子理論19世紀(jì)初，道爾頓提出現(xiàn)代原子理論，為化學(xué)奠定基礎(chǔ)。3湯姆遜模型1897年，湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子，提出"葡萄干布丁"模型。4盧瑟福實(shí)驗(yàn)1909年，盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)揭示了原子核的存在。原子的結(jié)構(gòu)原子核位于原子中心，包含質(zhì)子和中子。電子圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電粒子。電子軌道電子在原子中可能存在的區(qū)域。原子核質(zhì)子帶正電荷，決定元素的化學(xué)性質(zhì)。中子電中性，影響原子的質(zhì)量和穩(wěn)定性。核力強(qiáng)相互作用力，維持原子核的穩(wěn)定。同位素同一元素的原子，具有相同數(shù)量的質(zhì)子但不同數(shù)量的中子。電子的分布電子云電子在原子中形成的概率分布區(qū)域，呈云狀。能級(jí)電子所處的不同能量狀態(tài)，量子化的離散能量。軌道電子在原子中可能存在的特定區(qū)域，由量子數(shù)描述。量子數(shù)的概念主量子數(shù)(n)描述電子能級(jí)，決定電子殼層。角量子數(shù)(l)描述軌道角動(dòng)量，決定亞殼層。磁量子數(shù)(m)描述軌道方向，決定軌道取向。自旋量子數(shù)(s)描述電子自旋，只有+1/2和-1/2兩個(gè)值。電子殼層1K殼(n=1)最內(nèi)層，最多容納2個(gè)電子。2L殼(n=2)第二層，最多容納8個(gè)電子。3M殼(n=3)第三層，最多容納18個(gè)電子。4N殼(n=4)第四層，最多容納32個(gè)電子。原子的穩(wěn)定性電子排布電子在能級(jí)最低的狀態(tài)下排布。能量最小化原子傾向于降低總能量以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。外層電子決定原子的化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)活性。滿殼層構(gòu)型具有完全填滿的外層電子殼層的原子最穩(wěn)定。原子光譜實(shí)驗(yàn)1光譜儀將光分解成不同波長(zhǎng)的裝置。2激發(fā)原子加熱或電擊使原子處于激發(fā)態(tài)。3光譜線觀察到的離散光譜線。4波長(zhǎng)測(cè)量精確測(cè)量每條光譜線的波長(zhǎng)。波爾假設(shè)1定態(tài)軌道電子在特定軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)不輻射能量。2量子化能級(jí)電子只能存在于特定的能級(jí)狀態(tài)。3躍遷輻射電子在能級(jí)間躍遷時(shí)吸收或發(fā)射光子。第一假設(shè)定態(tài)軌道電子在特定軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)不輻射能量。角動(dòng)量量子化電子軌道角動(dòng)量為普朗克常數(shù)的整數(shù)倍。穩(wěn)定軌道只有滿足特定條件的軌道才是穩(wěn)定的。第二假設(shè)能級(jí)量子化電子只能存在于特定的離散能級(jí)狀態(tài)。能級(jí)公式En=-13.6eV/n2，其中n為主量子數(shù)。能級(jí)間隔能級(jí)間隔隨n的增大而減小。第三假設(shè)電子躍遷電子可以在不同能級(jí)間躍遷。光子發(fā)射高能級(jí)到低能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)射光子。光子吸收低能級(jí)到高能級(jí)躍遷時(shí)吸收光子。能量守恒光子能量等于兩個(gè)能級(jí)之間的能量差。波爾模型的成功之處解釋光譜成功解釋了氫原子的光譜線。能級(jí)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了氫原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)。原子穩(wěn)定性解釋了原子的穩(wěn)定性。量子化概念引入了量子化的思想。氫原子能級(jí)圖1基態(tài)(n=1)-13.6eV2第一激發(fā)態(tài)(n=2)-3.4eV3第二激發(fā)態(tài)(n=3)-1.5eV4電離能(n=∞)0eV電子躍遷和光子發(fā)射激發(fā)電子吸收能量躍遷到高能級(jí)。激發(fā)態(tài)電子處于高能不穩(wěn)定狀態(tài)。躍遷電子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)。光子發(fā)射躍遷過(guò)程中發(fā)射特定能量的光子。光譜圖的解釋巴爾末系列可見(jiàn)光區(qū)域的躍遷，終態(tài)為n=2。萊曼系列紫外區(qū)域的躍遷，終態(tài)為n=1。帕邢系列紅外區(qū)域的躍遷，終態(tài)為n=3。波爾模型的局限性多電子原子無(wú)法準(zhǔn)確描述除氫原子外的其他原子。光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)無(wú)法解釋譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)鍵不能解釋化學(xué)鍵的形成。電子位置無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電子的位置。電子概率云模型概率分布電子在原子中的位置由概率分布描述。波函數(shù)使用薛定諤方程描述電子的行為。軌道電子可能出現(xiàn)的區(qū)域，而非固定軌道。量子態(tài)電子的狀態(tài)由量子數(shù)完全描述。電子云圖電子云理論1德布羅意波電子具有波動(dòng)性，可以用波函數(shù)描述。2海森堡不確定原理電子的位置和動(dòng)量不能同時(shí)精確測(cè)量。3薛定諤方程描述電子在原子中的行為的基本方程。4波恩詮釋波函數(shù)的平方表示電子出現(xiàn)的概率密度。量子化學(xué)的發(fā)展早期量子理論普朗克和愛(ài)因斯坦的量子假說(shuō)。波爾模型引入量子化軌道概念。量子力學(xué)建立完整的數(shù)學(xué)框架?，F(xiàn)代量子化學(xué)應(yīng)用量子理論解釋化學(xué)現(xiàn)象。氫原子波函數(shù)徑向部分描述電子與核心的距離分布。角度部分描述電子在空間的方向分布。節(jié)點(diǎn)波函數(shù)為零的區(qū)域，表示電子不可能出現(xiàn)的位置。氫原子軌道圖原子軌道的性質(zhì)形狀不同軌道有特定的空間形狀。能量每個(gè)軌道對(duì)應(yīng)特定的能量。方向某些軌道在空間中有特定方向。重疊軌道可以相互重疊形成化學(xué)鍵。配對(duì)原理泡利不相容原理同一軌道中最多只能有兩個(gè)自旋相反的電子。洪特規(guī)則電子優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)軌道，自旋平行。能量最小化電子填充遵循能量最小化原則。電子構(gòu)型1主量子數(shù)(n)能級(jí)2角量子數(shù)(l)亞能級(jí)(s,p,d,f)3磁量子數(shù)(m)軌道方向4自旋量子數(shù)(s)電子自旋周期表與元素性質(zhì)周期主量子數(shù)相同的元素排在同一行。族最外層電子構(gòu)型相似的元素排在同一列。元素性質(zhì)周期性變