福州大学：《大学化学》第三章 原子结构

第三章原子结构 §3-1原子核外电子运动状态 电子围绕原子核高速运转, 从最简单的原子氢光谱开始研究

第三章 原子结构 §3-1 原子核外电子运动状态 电子围绕原子核高速运转， 从最简单的原子氢光谱开始研究

1.氢原子光谱 (1)实验事实:当极少量的高纯氢 气在高真空玻璃管中,加入高电压 使之放电,管中发出光束,使这种 光经过分光作用。在可见光区得到 四条颜色不用的谱线,如下图所示 这种光谱叫做不连续光谱或线状光 谱。所有的原子光谱都是线性光谱

1.氢原子光谱 • （1）实验事实：当极少量的高纯氢 气在高真空玻璃管中，加入高电压 使之放电，管中发出光束，使这种 光经过分光作用。在可见光区得到 四条颜色不用的谱线，如下图所示， 这种光谱叫做不连续光谱或线状光 谱。所有的原子光谱都是线性光谱

青蓝紫紫 H B HY A λ=656.3 486.1434.1410.2 nm(10-9m) V= 4.57 6.176.917.31 (×1014)s-1

1.氢原子光谱 (2)实验总结:185年,瑞士一位中学物 理教师 LJ. Balman(巴尔多)指出,上述谱线的频 率符合下列公式: V=3.289X101( 2 2)S °由此公式可算出: 当n=3时,是Ha的频率 当n=4时,是Hβ的频率 当n=5时,是Hy的频率 当n=6时,是H8的频率

1.氢原子光谱 • （2）实验总结： 1885年，瑞士一位中学物 理教师J.J.Balmar(巴尔多)指出，上述谱线的频 率符合下列公式： ν=3.289╳1015( )s-1 • 由此公式可算出： –当n＝3时，是Hα的频率 –当n＝4时，是Hβ的频率 –当n＝5时，是Hγ的频率 –当n＝6时，是Hδ的频率 2 2 1 2 1 n −

2Bohr理论: ·1913年,丹麦物理学家N.Bohr首次 认识到氢原子光谱与结构之间的内 在联系,并提岀了氢原子结构模型 并用经典的牛顿力学推导了结论

2.Bohr理论： • 1913年，丹麦物理学家N.Bohr首次 认识到氢原子光谱与结构之间的内 在联系，并提出了氢原子结构模型。 并用经典的牛顿 力学推导了结论

2Bohr理论: (1)Bohr的原子结构理论的三点偎设 原子核外的电子只能在有确定的半径和能量的轨道上运动 电子在这些轨道上运动时并不辐射能量 在正常情况下,原子中的电子尽可能处在离核最近的轨道上 这时原子的能量最低,即原子处于基态。当原子受到辐射, 加热或通电时获得能量后电子可能跃迁到离核较远的轨道上 去。即电子被激发到高能量的轨道上,这时原子处于激发态 处于激发态的电子不稳定,可以跃迁到离核较近的轨道上, 同时释放出光能。 光的频率v 式中:E1离核较近的轨道的能量 E2离核较远的轨道的能量

(1)Bohr的原子结构理论的三点假设 : –原子核外的电子只能在有确定的半径和能量的轨道上运动。 电子在这些轨道上运动时并不辐射能量。 –在正常情况下，原子中的电子尽可能处在离核最近的轨道上。 这时原子的能量最低，即原子处于基态。当原子受到辐射， 加热或通电时获得能量后电子可能跃迁到离核较远的轨道上 去。即电子被激发到高能量的轨道上，这时原子处于激发态。 –处于激发态的电子不稳定，可以跃迁到离核较近的轨道上， 同时释放出光能。 光的频率ν＝ –式中：E1————离核较近的轨道的能量 E2————离核较远的轨道的能量 2.Bohr理论： h E2 − E1

轨道 基态、激发态 引入量子数-n,1、2、3

• 轨道 • 基态、激发态 • 引入量子数－ n ， 1 、 2 、3…

2Bohr理论: Bohr在其三点假设的基础上,运用牛顿力学定律 推算出下列关香落:r=a02 E KJ. mo l V=3.29X1015(n2-m2,)s-1(n1<n2) 式中: 氢原子轨道的半径,a0=0.053纳米 (玻尔半径) E—氢原子轨道的能量 V 氢原子中电子由高能态跃迁到低能 态时辐射光的平率n正整数(自然数,量 子数)

Bohr在其三点假设的基础上，运用牛顿力学定律 推算出下列关系式： r=a0n 2 E=－ KJ.mol－1 ν=3.29╳1015( )s- 1 (n1<n2) 式中：r——氢原子轨道的半径，a0＝0.053纳米 （玻尔半径） E——氢原子轨道的能量 ν——氢原子中电子由高能态跃迁到低能 态时辐射光的平率 n——正整数（自然数，量 子数）。 2.Bohr理论： 2 1312 n 2 2 2 1 1 1 n n −

2Bohr理论: 根据v=3.29×1015(-2 )s- 在可见光区: 3为Ha谱线的频率 n2=4为Hβ谱线的频率 n2=5为HY谱线的频率 n2=6为Hδ谱线的频率 在红外光区: 当n1=3,n2=4,5,6,7有一组谱线 在紫外光区: 当n1=3,n2=2,3,4,5也有一组谱线

• 根据ν＝3.29╳1015( )s- 1 在可见光区： 当n1 ＝2, n2 ＝3 为Hα谱线的频率 n2 ＝4 为Hβ谱线的频率 n2 ＝5 为Hγ谱线的频率 n2 ＝6 为Hδ谱线的频率 在红外光区： 当n1 ＝3,n2 ＝4，5，6，7有一组谱线 在紫外光区： 当n1 ＝3, n2 ＝2，3，4，5也有一组谱线 2.Bohr理论： 2 2 2 1 n 1 n 1 −

2Bohr理论: (3)玻尔理论的贡献和局域性: 贡献 °成功的解释了氢原子光谱。 提出了主量子数n和能级的重要概念,为 近代原子结构的发展作出一定的贡献 局限性: 不能说明多电子原子光谱和氢原子光谱的 精细结构; 不能说明化学键的本质

（3）玻尔理论的贡献和局域性： – 贡献： • 成功的解释了氢原子光谱。 • 提出了主量子数n和能级的重要概念，为 近代原子结构的发展作出一定的贡献。 – 局限性： • 不能说明多电子原子光谱和氢原子光谱的 精细结构； • 不能说明化学键的本质。 2.Bohr理论：