第3节 氢原子模型及玻尔的氢原子理论

氢原子模型及玻尔的氢原子理论

第三节

原子模型 氢原子光谱1

氢原子模型及玻尔的氢原子理论

十九世纪末二十世纪初，一些实验现象相继发现， 十九世纪末二十世纪初，一些实验现象相继发现， 如电子、 如电子、 X 射线和放射性元素的发现表明原子是可以 分割的，它具有比较复杂的结构，原子是怎样组成的？ 分割的，它具有比较复杂的结构，原子是怎样组成的？ 原子的运动规律如何？ 原子的运动规律如何？对这些问题的研究形成了原子 的量子理论。 的量子理论。

一、原子结构的探索1.汤姆逊原子结构模型 1.汤姆逊原子结构模型 1903年 J.J.汤姆逊提出，原子中的正电荷和原子 年 汤姆逊提出， 汤姆逊提出 的球体内， 质量均匀地分布在半径为10 质量均匀地分布在半径为 10m的球体内，而带负电 的球体内 的电子则在这个球体内游动。 的电子则在这个球体内游动。这些电子能在它们的平 衡位置上作简谐振动， 衡位置上作简谐振动，观察到的原子所发光谱的各种 频率就相当于这些振动的频率。 频率就相当于这些振动的频率。 这种模型的特点：特别稳定。 这种模型的特点：特别稳定。2

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后来卢瑟福和他的学生所 金箔 α 荧光屏 作的α粒子散射实验否定了汤 姆逊的这种模型。 姆逊的这种模型。 镭放射源 2. α 粒子散射实验

α 粒子 显微镜

α 粒子为氦核

+2 4

He

3

~c/15轰击金箔 轰击金箔， 以~c/15轰击金箔， 在原子中带电物质的电场力作用下， 在原子中带电物质的电场力作用下，使它偏离原 来的入射方向，从而发生散射现象。 来的入射方向，从而发生散射现象。 氦核质量是电子质量的 7500倍， 倍 α 粒子运动不受电子影响。 粒子运动不受电子影响。 实验结果表明： 实验结果表明：绝大部分粒子经金 箔散射后，散射角很小( 箔散射后，散射角很小(2°~3°), 但有1/8000的粒子偏转角大于 ° 的粒子偏转角大于90 但有 的粒子偏转角大于

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汤姆逊的原子结构模型无法解释 这种现象。 这种现象。 这种大角度散射不可能解释为都是 偶然的小角度的累积—这种可能性要 偶然的小角度的累积 这种可能性要 小得多， 比1/8000小得多，绝大多数是一次碰 小得多 撞的结果。 撞的结果。但这不可能在汤姆逊模型 那样的原子中发生。 那样的原子中发生。 3. 卢瑟福原子有核模型 原子的中心是原子核， ①.原子的中心是原子核，几乎占有原子的全部质量， 原子的中心是原子核 几乎占有原子的全部质量， 集中了原子中全部的正电荷。 集中了原子中全部的正电荷。 电子绕原子核旋转。 ②.电子绕原子核旋转。 电子绕原子核旋转 原子核的体积比原子的体积小得多。 ③.原子核的体积比原子的体积小得多。 原子核

的体积比原子的体积小得多4

原子半径~1010m,原子核半径 14 ~10 原子核半径10 原子半径 原子核半径 15m

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粒子的散射实验： 卢瑟福的原子有核模型可以解释α粒子的散射实验： 粒子会穿透原子按原方向进行， 绝大多数的α粒子会穿透原子按原方向进行，只有极 粒子进到核处而产生大角度散射。 少数的α粒子进到核处而产生大角度散射。 后来盖革和马斯顿又仔细地进行了α 粒子散射实验， 粒子散射实验，证实了卢瑟福结构模型 的正确性。 的正确性。 原子核式结构模型的建立， 原子核式结构模型的建立，只肯定 了原子核的存在， 了原子核的存在，但还不知道原子核外 电子的情况。 电子的情况。 研究原子结构的两种方法： 研究原子结构的两种方法： 利用原子发光谱线规律。 ①.利用原子发光谱线规律。 利用原子发光谱线规律 用高能粒子轰击物质中的原子， ②.用高能粒子轰击物质中的原子，使高能粒子穿到原 用高能粒子轰击物质中的原子 子内部发生作用，从观察到的现象解释原子内部结构。 子内部发生作用，从观察到的现象解释原子内部结构。5

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二、光谱光谱是电磁辐射(不论是在可见光区域还是在不可见 光谱是电磁辐射( 是电磁辐射 光区域)的波长成分和强度分布的记录。 光区域)的波长成分和强度分布的记录。有时只是波 长成分的记录。 长成分的记录。 光谱可分为三类：线状光谱，带状光谱， 光谱可分为三类：线状光谱，带状光谱，连续光 连续光谱是固体加热时发出的， 谱。连续光谱是固体加热时发出的，带状光谱是分 子所发出的，而线状光谱是原子所发出的。 子所发出的，而线状光谱是原子所发出的。 每一种元素都有它自己特有的光谱线， 每一种元素都有它自己特有的光谱线，原子谱线 携带” “携带”着大量有关原子内部结构或原子能态变化 特色的“信息” 特色的“信息”。 通过研究光谱，就可以研究原子内部的结构，并 通过研究光谱，就可以研究原子内部的结构， 通过原子光谱的实验数据来检验原子理论的正确性。 通过原子光谱的实验数据来检验原子理论的正确性。6

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三、氢原子光谱氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。 氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。 1. 巴尔末光谱线系 很早， 很早，人们就发现氢原子的线光谱在可见光部分的 四条谱线。 四条谱线。

n 巴尔末公式 λ = B 2 2 ( n = 3,4,5,6 L) n 2 常数 B = 364 .56nm为四条可见光谱线H 当 n=3,4,5,6,为四条可见光谱线 α、Hβ、Hγ、 , , , 为四条可见光谱线 H β Hγ Hδ H ∞ Hδ 当n=7,8,9,10,为 Hα , , , , 四条紫外部分谱线。 四条

紫外部分谱线。 ∞ n=3 5 4 氢原子巴尔末线系 656.3 486.3 364.56nm7

2

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~ = 1 来表示谱线， 来表示谱线， 1896年里德伯用波数 ν 年里德伯用波数n2 波数：单位长度中所包含的波形数目。 波数：单位长度中所包含的波形数目。 λ=B 2 2 n 2 2 1 n 4 4 1 1 ~ =1 ν = 2 2 = 2 λ B n B 2 n 4 里德伯常数 RH = 1.097373 × 10 7 m 1 令 RH = B巴尔末公式

λ

~=R 1 1 ν n = 3,4,5,L H 2 2 2 n

氢原子光谱的其它谱线，也先后被发现， 氢原子光谱的其它谱线，也先后被发现，一个在 紫外线，由莱曼发现，还有三个在红外区， 紫外线，由莱曼发现，还有三个在红外区，分别由 帕邢、布喇开、普丰特发现。 帕邢、布喇开、普丰特发现。8

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2. 莱曼线系 光谱在紫外区域的谱线----莱曼线系。 光谱在紫外区域的谱线 莱曼线系。 莱曼线系

~=R 1 1 ν H 2 2 1 n 3. 其它线系 在红外区还有三个线系

n = 2,,4,L 3

~ = R 1 1 n = 4,5,6,L 帕邢系 ν H 2 2 3 n

~ = R 1 1 n = 5,6,7, 布喇开系 ν L H 2 2 4 n

9

~ = R 1 1 n = 6,7, L 普丰特系 ν 8, H 2 2 5 n

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帕邢系

普丰特系

莱曼系

巴尔末系

布拉开系

氢原子光谱不是不相关的，而是有内在联系的。 氢原子光谱不是不相关的，而是有内在联系的。 表现在其波数可用一普遍公式来表示： 表现在其波数可用一普遍公式来表示： 广义巴尔末公式

~=R 1 1 ν H 2 2 n m m 式中： 取从(m+1)开始的正整数 开始的正整数, 式中： = 1,2,3L N取从 取从 开始的正整数n = …… 此处隐藏：4470字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……