《能级上课用》PPT课件.ppt

第三节 能级,大家在初中的化学课里已经知道了组成物质的原子的结构，即原子的几乎所有质量和所有的正电荷都集中在原子核上，电子在核外绕核运动。这个模型就是卢瑟福（18711937）提出的原子的结构模型。卢瑟福的核式结构模型能够很好的解释粒子散射实验现象，因而得到了多数人的支持，至此，人类对原子的结构才有了正确的认识。,按照经典物理学的观点去推断，在轨道上运动的电子带有电荷，运动中要辐射电磁波，电子损失了能量，其轨道半径不断缩小，最终落在原子核上由于电子轨道的变化是连续的，辐射电磁波的频率也会连续变化,事实上，原子是稳定的，辐射电磁波的频率是不连续性的某些确定的值,一.原子核式结构与经典电磁理论存在矛盾,原子核式结构与经典电磁理论存在矛盾，为了解决这些矛盾，许多物理学家提出了自己的假说，其中丹麦物理学家玻尔提出的假说帮助人们以全新的观念去认识微观世界，对后来科学的发展作出了很大的贡献。,一.原子核式结构与经典电磁理论存在矛盾,1.轨道量子化：电子绕核运动的轨道半径只能是某些分立的数值，即电子绕核运动的可能轨道是不连续的；,2. 定态：不同的轨道对应着不同的状态，在这些状态中，尽管电子在做变速运动，却不向外辐射能量，因此这些状态是稳定的；,3.能量量子化：不同的轨道对应着不同的状态，在不同的状态中具有不同的能量值。,1913年玻尔提出了自己的原子结构假说,玻尔,二. 玻尔的原子理论,例如：氢原子中电子轨道的最小半径是0.53nm,不可能再小了,电子还可能在半径是2.120nm、4.770nm的轨道上运行 ，但是轨道半径不可能是介于这些数值中间的某个值。,玻尔从上述假设出发，利用库仑定律和牛顿运动定律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量,氢原子,现在， 现代物理学已经认识到，原子的可能状态是不连续的，因此各状态对应的能量也不是连续的，这些能量值叫做能级，不同的能级用字母E1、E2、E3、E4表示。,E1,E2,E3,E4,各状态的标号1、2、3叫做量子数，通常用n表示，能量的最低的状态叫做基态，其他状态叫做激发态。例如E1是基态，E2、E3、是激发态。,三. 能级,为了方便分析和研究，我们常把氢的能级图1作成如图2所示,要使原子电离，外界必须对原子做功，使电子摆脱它与原子核之间的库仑力的束缚。所以，原子电离后的能量比它处于各种状态时的能量都要高，如果把电离后的电子和原子的剩余部分的能量（当它们相对静止时）之和记为0，其他状态下的能量就是负值。,对能级图的认识,1、能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态定态。 2、横线左端的数字“1、2、3、”表示量子数，右端的数字“-13.6、-3.40、-1.51”表示氢原子的能级。 3、相邻横线间的距离不等，表示相邻的能级差不等，量子数越大，相邻的能级差越小。 4、带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁。,原子在始、末两个能级Em、En（mn）间跃迁时发射光子的频率，可由下式决定：,原子最低能级所对应的状态叫做基态，比基态能量高的状态叫激发态,原子处于基态时最稳定，处于较高能级时会自发地向较低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态，跃迁时以光子的形式放出能量。,光子的发射,h = Em - En,例如：一个氢原子处n=4的能级状态，它向基态跃迁时，放出的光子的能量为： hv = E4-E1 =( -0.85) - ( -13.6) =12.75ev,它也可能经过几次跃迁才回到基态，这时候放出几个不同频率的光子。,如果是一群氢原子处n=4的能级状态，则它们向底能级状态跃迁时发出的光了的种类就是C24种。,光子的吸收,物质的原子也以吸收光子，然后由较低能级跃迁到较高能级。例如：一个处于基态的氢原子吸收了一个能量为12.75ev的光子后，就可以由基态跃到n=4的能级。 光子被吸收的条件： 光子的能量必须等于能级的能量差( hv = Em-En)，光子才能被全部吸收，否则不能被吸收。,人们早在了解原子内部结构之前就已经观察到了气体光谱，不过那时候无法解释为什么气体光谱只有几条互不相连的特定谱线，玻尔理论很好的解释了氢原子的光谱,四. 光谱和光谱分析,人们早在了解原子内部结构之前就已经观察到了气体光谱，不过那时候无法解释为什么气体光谱只有几条互不相连的特定谱线，玻尔理论很好的解释了氢原子的光谱,原子从高能级跃迁到低能级时，辐射光子的能量等于前后两个能级之差由于原子的能级不连续，所以辐射的光子的能量也不连续，从光谱上看，原子辐射光波的频率只有若干分立的值,光谱分析的技术在科学研究中有广泛的应用，一种元素在样品中的含量即使很少，也能观察到它的光谱因此光谱分析可以用来确定样品中包含哪些元素，这种方法非常灵敏，利用光谱还能确定遥远星球的物质成分,漆碗：第三文化层（距今65006000年）利用红外光分析其表面，其光谱图和马王堆汉墓出土漆皮的裂解光谱图相似,X射线照射激发荧光，通过分析荧光判断越王勾践宝剑的成分,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“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,玻尔理论解决了原子的稳定性和辐射的频率条件问题，把原子结构的理论向前推进了一步 ,例题1：按照波尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道上，有关能量变化的说法中，正确的是: A、电子的动能变大，电势能变大，总能量变大 B、电子的动能变小，电势能变小，总能量变小 C、电子的动能变小，电势能变大，总能量不变 D、电子的动能变小，电势能变大，总能量变大,D,例题2：一群处于基态的氢原子吸收某种单色光的光子后，只能发出频率为 1、 2、 3的三种光子，且 1 2 3 ，则 A、被氢原子吸收的光子的能量为h 1 B、被氢原子吸收的光子的能量为h 2 C、 1= 2+ 3 D、被氢原子吸收的光子的能量为 h 1+ h 2+ h 3,AC,例2分析：,吸收光子时： hv1 = E3-E1 氢原子跃迁到n=3的能级。,辐射光子时，可能光子有： hv1 = E3-E1 hv2 = E2-E1 hv3 = E3-E2,例题3：根据玻尔理论，某原子的电子从能量为E的轨道跃迁到能量为E/的轨道，辐射出波长