大学化学基础
原子结构
质子() 原子核（中） 原子 中子 电子（周围） (-)
§2.1 经典核模型的建立
1879 Crockes 英 发现阴极射线（电子流）
1897Thomson 英 测电子的核质比
Millikan 测电子质量 1911 卢瑟福 粒子散射实验提出原子有核模型
z
2
1 1 ( 2 2) n2 n1
波尔的原子结构模型成功地解释了氢原 子的光谱，但无法解释多电子原子的光谱， 也无法解释氢原子光谱的精细结构
§2.3 微观粒子的运动属性
一. 波粒二象性 1、光的波粒二象性 光的波动性：光在传播时体现。如干涉、衍射
光的粒子性：光与实物相互作用时体现。如辐射、 吸收、光电效应
h 6 -1 v 5.8 10 m s x m4
结论： 微观粒子的空间位置和运动速率是不能被 同时准确确定的。 核外电子运动的轨道是不复存在，不确定的。
例: 对于 m = 10 克的子弹，它的位置可精确到 x ＝ 0.01 cm,其速度测不准情况为：
h 4mx
所以找一个函数能描述电子出现几率的大小
………..近代量子力学的基础
波函数：描述波的运动状态的数学函数
例：两端固定的琴弦振动所形成的驻波的波 函数 Ψ(x) x
h
h = 6.626×10-34 J.s-1 Planck常数
Einstein的光量子假说（1905）
当光束和物质相互作用时，其能量不是连 续分布的，而是集中在一些称为光子（photon) (或光量子）的粒子上。光子的能量ε正比于光 的频率ν
h
h : Planck常数 Einstein 主要由于光电效应方面的工作而在 1921年获诺贝尔物理奖
E n 2.18 10
氢原子 Z=1
18
Z Z ( J ) 13.6 2 (ev) 2 n n
2
2
Z: 原子的核电荷数
(2) 电子运动的轨道离核越远，能量越高。当 电子处在能量最低的状态时，称为基 态。 当原子从外界获得能量时，电子可由离核 较近的轨道跃迁到离核较远的能量较高的 轨道上，这种状态称为激发态。
§2.2 氢原子光谱与玻尔氢原子模型
一、微观粒子能量量子化规律的发现（旧量子论）
Planck的量子假说（1900）： ① 物质吸收或发射的能量是不连续的，只能 是某一能量最小单位的倍数。这种能量的最 小单位称为能量子，或量子，即能量是量子 化的。
② 每一个量子的能量ε与相应电磁波（光波）的 频率ν成正比：
• 爱因斯坦通过普朗克常数(h)把光的波粒 二象性统一起来，揭示光的本质
能量
动量
E = hv P = h/λ
粒子性 波动性
频率
波长
E m c , E h c h 2 mc h p
2


P:体现粒子性
：体现波动性
2、实物粒子的波粒二象性 德布罗意假设和物质波:
1924 年，年仅32岁的法国理 论物理学家De Broglie 在光的波-粒 二象性的启发下，大胆假设：
二、氢原子的光谱 a).连续光谱(continuous spectrum) 太阳光 b). 线状光谱(原子光谱)(line spectrum) 原子光谱是不连续的，是线状的 氢原子可见光谱
Balmer 公式（可见光区谱线）
1 1 RH ( 2 2 ) 2 n
ν= 1/λ：波数 n : 大于2的正整数
6.6210 3 2 4 3.141010 0.0410
5.2710
29
34
m s
1
∴ 对宏观物体可同时测定位置与速度
宏观物体：m很大
h x 4m
（小）
和x
可以很小，不为人觉察
三、 统计性规律
如何描述一个电子的运动情况？
单个电子衍射（长时间） 明暗相间的环纹，
二、 测不准原理（uncertainty principle) 1927年，德国科学家海森伯格（Heisenberg） 经过严格的推导证明： 测不准原理
h h x P 或x 4 4m
Δx : 粒子所在位置的不确定度 Δp: 粒子动量（速度）的不确定度
例： 电子的质量 m = 9.1×10-31 kg , 若 Δx = 10-11 m 则：
说明电子的位置 无法确定
统计性的方法：
电子在某些地方出现的机会多 （亮）
电子在某些地方出现的机会少 （暗）
微观粒子的运动使用统计规律描述，
即概率描述
具有波动性的电子在空间的几率分布与 波的强度有关，电子在空间某区域出现的几 率大，即意味着该处电子的波的强度大（衍 射强度大），因此，实物微观粒子的波是一 种几率波。
(3) 当电子由一个高能量的轨道向低能量的轨 道跃迁时，可以光辐射的方式发射其能量。 所发射的光量子的能量大小决定于两个轨 道之间的能量差
E E2 E1 h
E2 : 高能量轨道的能量 E1 : 低能量轨道的能 量 ν： 辐射光的频率
hv h 1
c

E2 E1
18
E2 E1 2.1810 hc hc
所有的实物的微观粒子，如电子、原子、 分子等和光子一样，也具有波粒二象性。
h mv
λ： 波长 m : 粒子的质量 v : 粒子运动的速度
德布罗意波（物质波）电Fra bibliotek衍射1927， 美国 C. Davisson and L. Germar
“几率波”
当电子通过晶体时，在屏幕上产生明 暗交替的衍射环。这说明电子射线同 X射线一样有衍射现象，证明了德布 罗意假设的正确性，亦证明了电子具 有波动性
Rydberg 公式 （可见光区以外谱线）
1 1 RH ( 2 2 ) n1 n2
RH = 1.0973731534×107 m-1 Rydberg 常数 n1 , n2 : 正整数 且 n2 > n1
3. Bohr 的原子结构模型(1913) (1)原子核外的电子只能在符合 一定条件的、 特定的(有确 定的半径和能量）轨道上运 动。电子在这些轨道上运动时处于稳定状态， 即不吸收能量也不释放能量。这些轨道称为 定态轨道