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1、【特征】不连续的线状光谱：从红外区到紫外区呈现多条具有特征波长的谱线 从长波到短波，H至H等谱线间的距离越来越小（n越来越大）表现出明显的规律性。频率式中R为里德堡常数。而且某一瞬间一个氢原子只能放出一条谱线，许多氢原子才能放出不同的谱线。为什么氢原子光谱是不连续的线状光谱？按照麦克斯威的电磁理论，绕核运动的电子应不停地连续地辐射电磁波，得到连续光谱；由于电磁波的辐射，电子的能量将逐渐减小，最终会落到带正电的核上。可事实上，原子稳定的存在着。为解决这一问题，1913年，年轻的丹麦物理学家玻尔，吸收了量子论的思想，建立了玻尔原子模型，即玻尔理论。第1页/共66页2.玻尔理论1）.电子只能在符合一
2、定条件的轨道（能量不随时间而变）上运动，不吸收也不放出能量（解释原子的稳定性）。2）.不同的轨道有不同的能量，轨道的能量是量子化的，电子的能量也是量子化的。所谓量子化，即不连续。（“连续”和“不连续”是看量的变化有没有一个最小单位，如长度、时间没有最小单位，量的变化是连续的，电量的最小单位是一个电子的电量，电量的变化是不连续的。）在一定的轨道上电子具有一定的能量电子运动时所处的能量状态称为能级。电子尽可能在距核较近、能量最低的轨道上运动，这时原子处于基态。En=（ev）rn=a0n23）电子只有在不同轨道之间跃迁时吸收和放出能量。基态从激发态回到基态释放光能，形成原子光谱中的谱线，谱线频率和能
3、量的关系为：E=E2E1=h第2页/共66页玻尔理论评述玻尔理论在经典力学中人为地引入了量子化条件，成功地解释了原子的稳定性和氢原子的线状光谱，同时提出了能级的概念。但对多电子原子光谱无法解释，对氢原子的精细光谱也无法解释。更不能用于研究化学键的形成。这说明微观粒子的运动有它自己的运动特征和规律，不符合经典力学规律。第3页/共66页二、原子的量子力学模型1.微观粒子的波粒二象性1）.德布罗意波.1905年，爱因斯坦提出“光子学说”，成功解释了光电效应,只有当光的频率超过某一临界频率，电子才能发射光电效应说明:光不仅有波动性（衍射、干涉等,有波动特征,可用或描述）而且有粒子性（可用动量描述）,具
4、有波粒二象性第4页/共66页.1924年,法国物理学家德布罗意预言：假如光有二象性,那么微观粒子在某些情况下,也能呈现波动性。他指出,具有质量m、运动速度v的粒子,相应的波长可以由下式求出：引由上式可以计算出电子的波长,一个me=9.1110-31，其速度v=106ms-1，则这一数值与晶体中原子间隔有近似的数量级,由于晶体可以使光发生衍射,因此可以设想能用测定射线衍射的实验来得到电子的衍射图样,以此证明电子的波动性。第5页/共66页.1927年,戴维森和革尔麦用已知能量的电子在晶体上的衍射实验证明了德布罗意的预言。用一束电子经过金属箔时,得到与射线相象的衍射图样第6页/共66页2).测不准原
5、理经典力学中，人们能同时准确测定宏观粒子的位置和动量（或速度），例如人造卫星、炮弹发射等，但不可能同时准确测定微观粒子的位置和动量（或速度）。1927年，海森堡提出了测不准关系：位置不准量，动量不准量由上式可以看出：.位置测得越准，则动量或速度测得越不准，反之亦然。.粒子质量（m）越大，则和越小，即粒子的位置和速度的准确度就越大，所以宏观物体能够同时准确测定位置和速度。或第7页/共66页2.核外电子运动的近代描述1）.薛定谔方程1926年,奥地利物理学家薛定谔,根据波粒二象性的概念,提出了描述微观粒子运动状态的方程式,称为薛定谔方程,这个二阶偏微分方程如下：式中：E总能量V势能,表示原子核对电
6、子的吸引能m电子的质量波函数，h普朗克常数，x,y,z空间坐标解方程可求得和E.。将直角坐标变换为球坐标，用变分法解得波函数的一般形式：n,l,m（r，）=Rn，l（r）Yl，,m（，）其中，R（r）是波函数的径向部分，叫径向波函数，它只随电子离核的距离r而变化，含有n,l两个量子数；Y（，）是波函数的角度部分，叫角度波函数，它随角度（，）变化，含有l,m两个量子数。第8页/共66页2）.波函数和原子轨道波函数：是薛定谔方程的解，是描述核外电子空间运动状态的数学函数式，它是空间坐标的函数。电子在核外运动，有一系列的空间运动状态，一个波函数表示电子的一种运动状态，每一个特定状态就有一个相应的波函
7、数和相应的能量E。已知一个波函数就代表电子的一种运动状态，那么在量子力学中，把原子体系的每一个波函数称为一条原子轨道。原子轨道：波函数在三维空间的图形反映出在核外空间能找到电子的区域，即电子运动的区域，这个区域称为原子轨道。原子轨道是电子在核外空间运动的区域，没有确定的轨迹，这与经典力学中的轨道（如火车轨道、卫星轨道）有本质区别。波函数与原子轨道常作同义词混用。三个量子数（n,l,m）都有确定值的波函数称为一个原子轨道。如n=2l=0m=0时所描述的波函数2，0，0称为2s原子轨道。第9页/共66页3）.概率密度和电子云概率：（由打靶引出概率）电子在核外空间某一区域内出现的机会称为概率。出现的机会多，概率大，反之，概率小。概率密度：电子在核外空间某处单位微体积内出现的概率叫概率密度。概率d=概率密度体积d电子云：为了形象的表示核外电子运动的概率分布情况，化学上惯用小黑点分布的疏密来表示电子出现几率的相对大小。小黑点较密的地方，该点 数值较大，电子在该点概率密度较大，单位体积内电子出现的机会就多。这种概率密度分布形象化表示的图形称为电子云，电子的概率密度又称为电子云密度。第10页/共66页