24氢原子光谱原子结构理论

1、2.4 氢原子光谱氢原子光谱 玻尔原子结构理论玻尔原子结构理论一一.经典理论的困难经典理论的困难不能解释原子的稳定性不能解释原子的稳定性不能解释原子发光为线光谱。不能解释原子发光为线光谱。1897年，汤姆逊发现电子，年，汤姆逊发现电子，1911年其学生卢瑟福用年其学生卢瑟福用粒子轰击粒子轰击原子核，提出了原子模型，但是此模型与经典理论发生了尖原子核，提出了原子模型，但是此模型与经典理论发生了尖锐的矛盾。锐的矛盾。依据经典理论：能量连续减少，频率连续减依据经典理论：能量连续减少，频率连续减小，所以发射连续光谱，而实验得到分立线小，所以发射连续光谱，而实验得到分立线光谱光谱氢原子的线光谱经验公式氢

2、原子的线光谱经验公式R为里德伯常数，为里德伯常数，mnnmRv,11122为单位长度所含的波数vmBR/100967758.14754321mmmmm普芳德系布喇开系帕刑系巴耳末系赖曼系红外区红外区红外区可见光区紫外区7 , 66 , 55 , 44 , 33 , 2nnnnn二二.玻尔氢原子理论玻尔氢原子理论能量稳定态假设能量稳定态假设原子系统的能量只能取一系列特定值（不连续的能原子系统的能量只能取一系列特定值（不连续的能量量E1, E2, En,）而保持不变（虽作加速运动不辐）而保持不变（虽作加速运动不辐射能量）射能量）稳定轨道角动量量子化假设稳定轨道角动量量子化假设轨道不是任意的，电子在

3、特定轨道上做圆周运动，轨道不是任意的，电子在特定轨道上做圆周运动，此时角动量此时角动量3,2, 1,2nnhnL每一稳定轨道对应稳定能量值（定态）对应一能级每一稳定轨道对应稳定能量值（定态）对应一能级sJsJh3434100545. 11063. 6作用量最小单元作用量最小单元玻尔频率条件玻尔频率条件hEEvknknknvnEkE三三.玻尔理论对氢原子结构的解释玻尔理论对氢原子结构的解释对原子大小的解释对原子大小的解释电子绕核作圆周运动的向心力电子绕核作圆周运动的向心力=核对电子的库仑力核对电子的库仑力2412202hnmvrLrervmnnn2202emhnrnrn:特定稳态轨道半径随量子数

4、的取值而量子化，又特定稳态轨道半径随量子数的取值而量子化，又称稳定态半径。称稳定态半径。R1是最小原子半径，通卢瑟福核式模型中处于正常是最小原子半径，通卢瑟福核式模型中处于正常态的原子大小。（正常态指基态）态的原子大小。（正常态指基态）529.02201emhr1n12rnrn任意轨道：对原子稳定性的解释对原子稳定性的解释能量量子化能量量子化nnnremvE022421动能动能总能量总能量势能势能20224nnrervm由nremv022421204202818hmenreEnn能量量子化能量量子化能量量子化与特定的稳定轨道相对应，又有一定大能量量子化与特定的稳定轨道相对应，又有一定大小，所以

5、原子是稳定的。小，所以原子是稳定的。例：例：n1基态，基态能量基态，基态能量E1最小，原子最稳定。最小，原子最稳定。eVhmeE6 .13822041eVnnEEn2216 .13小，相邻能级距离越来越nEn ,，能量值最大0,En1E2EE此时，电子有力量脱离原子核束缚而电离。如果电子此时，电子有力量脱离原子核束缚而电离。如果电子再获得能量，使再获得能量，使E0，电子便成为自由电子，有了动，电子便成为自由电子，有了动能，发射连续光谱。能，发射连续光谱。经典物理是量子物理中量子数很大时的极限情况经典物理是量子物理中量子数很大时的极限情况.eVnnEEn2216 .13小，相邻能级距离越来越nE

6、n ,，能量值最大0,En例：用电子碰撞基态（正常态）的氢原子使之电例：用电子碰撞基态（正常态）的氢原子使之电离，入射电子的动能多大？离，入射电子的动能多大？1EEeVEE6 .13)6 .13(01入射能量大于入射能量大于13.6eV的多余能量即的多余能量即为自由电子的动能为自由电子的动能hhEEv6 .131根据9126 .13chvc入射须紫外光入射须紫外光对原子光谱规律的解释对原子光谱规律的解释hvkn=En- Ek是能量吸收和辐射时的能量守恒定律。是能量吸收和辐射时的能量守恒定律。当原子由当原子由En到到Ek跃迁时，光子的频率只能是特定频跃迁时，光子的频率只能是特定频率率vkn，光谱

7、是分立的线光谱。，光谱是分立的线光谱。氢原子发光氢原子发光hEEvkn22223204222204111181181nkRnkchmehcnkhmehcEEcvvknmchmeR/100973731. 1873204mR/100967758. 17实验理论与实验理论与实验吻合很好吻合很好后考虑电子绕核运动同时，核也在运动，设核质量后考虑电子绕核运动同时，核也在运动，设核质量M，修正公式修正公式mMmchmeR/100967768. 111)4(2732042玻尔理论获得高度成功，玻尔理论获得高度成功，1922年获诺贝尔物理奖。年获诺贝尔物理奖。玻尔理论的局限玻尔理论的局限用了经典的轨道概念加上量子条件，故是半量子理用了经典的轨道概念加上量子条件，故是半量子理论，不能解释比氢光谱更复杂的光谱论，不能解释比氢光谱更复杂的光谱解释了