1.1 原子结构理论的发展

1、2021-6-9 普通化学普通化学 2021-6-9 2021-6-9 2021-6-9 安徽理工大学安徽理工大学 马家举马家举 1.1 1.1 原子结构理论的发展原子结构理论的发展 2021-6-9 1、化学史上第一个真正的科学理论化学史上第一个真正的科学理论 道尔顿（道尔顿（John Dalton）的原子论）的原子论道尔顿道尔顿 2、19世纪末世纪末 物理学上的三大发现物理学上的三大发现， 使原子不可分割受到动摇使原子不可分割受到动摇 1.1.11.1.1 原子理论的发展历程原子理论的发展历程 1803年提出年提出科学原子论科学原子论：物质由原子构成，原子不可再分。物质由原子构成，原子不可

2、再分。 3、原子内部结构的认识、原子内部结构的认识含核模型含核模型 1911年，卢瑟福通过年，卢瑟福通过粒子散射实验认为：粒子散射实验认为： 原子的中心有一个带正电的原子核，电子在原子的中心有一个带正电的原子核，电子在 它的周围旋转，原子中绝大部分是空的，电子的它的周围旋转，原子中绝大部分是空的，电子的 质量很小，原子的质量几乎全部集中在核上。质量很小，原子的质量几乎全部集中在核上。 卢瑟福卢瑟福 1.1 1.1 原子结构理论的发展原子结构理论的发展 2021-6-9 1. 氢原子光谱、量子理论与玻尔模型氢原子光谱、量子理论与玻尔模型 量子理论量子理论（1900年）：年）：物体辐射的能量是物体

3、辐射的能量是 不连续的，只能为某一个最小能量单位的整不连续的，只能为某一个最小能量单位的整 数倍，并把这一能量的最小分量称为数倍，并把这一能量的最小分量称为“能量子能量子” 或或“量子量子”。 1.1 1.1 原子结构理论的发展原子结构理论的发展 2021-6-9 玻尔模型三点假设：玻尔模型三点假设： （1）固定轨道固定轨道 原子中的电子在核外只能沿着某些允许的轨原子中的电子在核外只能沿着某些允许的轨 道运动。道运动。 （2）轨道能量量子化轨道能量量子化 电子在不同轨道上运动时具有不同的能电子在不同轨道上运动时具有不同的能 量，轨道离核越近，能量越低。量，轨道离核越近，能量越低。 （3）能量的

4、吸收和发射能量的吸收和发射 只有电子在不同轨道之间发生跃迁时，只有电子在不同轨道之间发生跃迁时， 原子才会吸收或辐射能量。原子才会吸收或辐射能量。 r = a。n2 a。=0.053nm，被称为玻尔半径，被称为玻尔半径 E = - -1312/n2（kJ mol-1） n = 1，2，3，4 h= E2 E1 玻玻 尔尔 1. 氢原子光谱、量子理论与玻尔模型氢原子光谱、量子理论与玻尔模型 玻尔理论解释 氢原子光谱产 生的过程。 1.1 1.1 原子结构理论的发展原子结构理论的发展 2021-6-9 微粒性微粒性 E = h 波动性波动性 p = m v v = h / = h / mv 德布罗

5、依关系式德布罗依关系式 例例1-1 1-1 电子 电子 = 0.122 nm = 0.122 nm 子弹 子弹= 6.63 = 6.631010-35 -35 cm cm （m m =10g =10g， v = v = 1 kms1 kms-1 -1） ） 电子衍射实验电子衍射实验 （1927年）证实了德布罗依关系式，年）证实了德布罗依关系式， 把实物微粒产生的德布罗依波称为把实物微粒产生的德布罗依波称为“物质波物质波”，其物，其物 理意义是理意义是“几率波几率波” 波粒二象性波粒二象性 1.1.2 1.1.2 原子结构的近代概念原子结构的近代概念 1.1 1.1 原子结构理论的发展原子结构理

6、论的发展 2021-6-9 电子运动的数学模型矩阵力学和波动力学 物质波的统计解释玻恩的概率波 不确定性测不准原理 波粒二象性玻尔的互补原理 波粒二象性波粒二象性 1.1.2 1.1.2 原子结构的近代概念原子结构的近代概念 下一节下一节 2021-6-9 1895 1895年，德国物理学家伦琴发现了年，德国物理学家伦琴发现了X X射线射线 18951895年，法国物理学家贝克勒尔发现了天年，法国物理学家贝克勒尔发现了天 然放射性然放射性 18971897年，英国物理学家汤姆逊发现了电子年，英国物理学家汤姆逊发现了电子 物理学上的三大发现物理学上的三大发现 2021-6-9 2021-6-9

7、B= 364.56 nm, n = 3, 4, 5, 6四个正整数 巴尔末公式（1885年）： 氢氢 原原 子子 光光 谱谱 实实 验验 示示 意意 图图 2 22 2 n B n 656.3 nm Balmer 系 可见光区 2021-6-9 2021-6-9 例例 题题1-1 已知电子的质量为9.1110 - 2 8 g，若其速度为 5.97106 ms-1，则其德布罗依波长为若干？一枪弹直 径大约10-2m，质量为10g，以1kms-1的速度射出，其 德布罗依波长又为若干？ 解：普朗克常数h = 6.62610-34Js，1J = 1kgm2s-2 对于电子： nm122. 0m1022

8、. 1 )sm1097. 5)(g1011. 9( smg1010626. 6 10 1628 12334 mv h 对于枪弹： m10626. 6 )sm1000)(g10( smg1010626. 6 35 1 12334 mv h 2021-6-9 电子衍射实验电子衍射实验 动画播放 2021-6-9 英国化学家和物理学家。从小家境很穷，少年时代，道 尔顿就给他家乡一所学校的校长干活，同时学习数学。12 岁那年，就开始在乡村学校教书。15岁到肯代尔的一个学 校任教，在那里认识了盲人学者古格。在古格的帮助下， 道尔顿自学了数学、哲学、希腊文、拉丁文和法文等。由 于他好学不倦，博学多才，17

9、85年成为该学校的校长。27 岁移居曼彻斯特，从此，这个没受过正式高等教育的人就 开始在大学里讲授数学和自然哲学。六年之后，他辞去学 院职务，每天作两小时的私人教师，以便有充足的时间进 行科学研究。1816年，被选为法国科学院通讯院士，1822 年成为皇家学会会员。1844年7月2日在曼彻斯特逝世。 道尔顿从研究气象学开始，一生中记录了两万多次观察 记录。他对气体的成分、性质等做了许多实验，于1801年 总结出气体分压定律。 1803年年，发表了化学原子论化学原子论，认为认为 物质由原子构成，原子不可再分，物质由原子构成，原子不可再分，引入元素的相对原子量， 列出了最早的原子量表。1808年出

10、版了他的名著年出版了他的名著化学哲化学哲 学的新体系学的新体系，正式提出了化学原子论学说，正式提出了化学原子论学说，使化学进入 一个新的时代。正如恩格斯在自然辩证法中说：“化 学中的新时代是随着原子论开始的”。从此整个19世纪人 们几乎都认为原子不可再分，一直到19世纪末物理学上的 一些新发现。此外，他还发现了倍比定律和色盲现象。 道道 尔尔 顿顿 John Dalton （17661844年） 1909年卢瑟福指导他的两个学生(盖革与马斯登) 在曼彻斯特大学做了著名实验: 用粒子去轰击 金箔, 结果大多数粒子都直接穿过金箔, 少数只产生很小的偏转, 然 而极少数的粒子会反弹回去。卢瑟福对这一

11、现象很感震惊，说: “好象你用一炮弹去轰击一张薄纸, 而炮弹居然会反弹回来把你打 中一样。”他对这一实验结果的解释是: 粒子可能被质量很大但 体积很小的核碰撞回来, 从而提出含核原子模型：含核原子模型：原子核带正电荷, 位于原子的中心，电子在它的周围旋转。卢瑟福的原子模型在 1910年圣诞节发表。 2021-6-9 卢瑟福1871年8月30日生于新西兰的纳尔逊，毕业 于新西兰大学和剑桥大学。1898年到加拿大任马克 歧尔大学物理学教授，达9年之久，这期间他在放 射性方面的研究，贡献极多。1907年，任曼彻斯特 大学物理学教授。1908年因对放射化学的研究荣获 诺贝尔化学奖。1919年任剑桥大学

12、教授，并任卡文 迪许实验室主任。1931年英王授予他勋爵的桂冠。 1937年10月19日逝世。 卢卢 瑟瑟 福福 Ernest Rutherford 18711937 2021-6-9 玻尔出生在哥本哈根。他的家庭在丹麦属于中上阶层。在 这样的一个天地里，他们接近了那个时期各种知识界名流，特 别是同一些哲学家和医务界人士保持着密切的联系。 1911年秋，玻尔入英国剑桥大学和曼彻斯特大学深造，在 这里结识了他的良师益友卢瑟福。玻尔就是在卢瑟福实验室里 打下了他一生最伟大成就的基础，他的原子结构理论就是在这 期间孕育而成的。玻尔的主要成就是创立了原子结构理论。 玻玻 尔尔 Niels H.D.Bo

13、hr 18851937 为了解决卢瑟福模型的缺陷，玻尔大胆地把卢瑟福模型和普 朗克的量子论结合起来，把原来只用于能量的量子概念推广到角 动量，创立了量子化轨道原子结构理论，为以后各种物理量的量 子化打开了大门。 爱因斯坦把他誉为“最伟大的发现之一”。因玻尔的突出贡 献，他获得了1922年的诺贝尔物理学奖。 为了揭开原子的内部结构、组成这个谜，当时许多物理学 家相继提出了各种模型，在卢瑟福模型提出后，玻尔立 即认识到它的重大意义。他指出，这个模型可以把原子的 化学性质和放射性截然分开：原子的化学性质取决于外围 电子；而放射性则取决于原子核本身。 他发现，卢瑟福的原子模型没有说 明电子是怎样绕核运

14、动的，也不能解释原子的稳定性和原子的线状光谱。 1921年，他受聘到瑞士苏黎士大学任数学物理学教授。 19261926年，在德布罗意的波粒二象性理论的基础上，他独年，在德布罗意的波粒二象性理论的基础上，他独 立地创立了波动力学，提出了薛定谔方程，确定了波函数的变化规律立地创立了波动力学，提出了薛定谔方程，确定了波函数的变化规律。在 量子力学的发展历史中，其地位如同牛顿运动定律在牛顿力学中一样的重 要。1927年他接替普朗克任柏林大学理论物理学教授。同年当选为普鲁士 科学院院士。1933年年受德国纳粹党徒的迫害，离开苏黎士到英国任牛津大 学物理学教授。同年和狄拉克一起获诺贝尔物理学奖和狄拉克一起获诺贝尔物理学奖。 薛薛 定定 鄂鄂 1938年薛定谔在格拉兹再度受到纳粹的迫害，于9月1日仅“带了一只小 小皮箱”逃往都柏林，在都柏林高级研究所，成为理论物理学的领导。 在那里，他逗留了17年。在此期间，他继续从事科学研究，并发表了许 多论文。1956年，他回到奥地利，成为维也纳大学物理系的名誉教授。 1961年1月4日，他在奥地利的阿尔卑巴赫山村病逝。 2021-6-9 薛定谔，奥地利理论物理学家