现代化学基础课件 第一章
60页1、1,第一章 原子结构和元素周期表,2,1.1 氢原子光谱和微观粒子运动的特征,1.1.1 氢原子光谱和波尔理论,1. 氢原子光谱,当原子被电火花、电弧、火焰或其它方法激发时,能够发出一系列具有一定频率(或波长)的光谱线,这些光谱线就构成了原子光谱。,3,原子光谱的特点:一是譜线锐利,这就表明原子不是以连续的方式发射和吸收能量,而是以一定的频率发射和吸收能量;二是具有高度的特征性。也就是说,原子光谱是线状光谱,且每种原子的光谱都有确定的特征频率。,1861年 Kirchoff and Bunsen 碱金属光谱 1885年 Balmer 氢原子光谱 称为波数 R是Rydberg常数,其值为10967758.1cm-1,4,1911年 Rutherford提出原子模型 ,认为原子是由带正电荷的原子核核绕核运动的电子组成。,行星原子模型 经典电磁理论,氢原子光谱,矛盾,原子毁灭 连续光谱,5,黑体辐射(Blackbody Radiation) Max Planck,黑体是指全部吸收外来电磁波的物体。当加热时又能发射出各种电磁波,称为黑体辐射。,Planck(1901) , Quantum hy
2、pothesis: (Plank constant h = 6.626210-34Js),6,光电效应(Photo-electronic Effect) Albert Einstein,入射光的频率v必须超过某一 阀值v0才能发射电子,此阀值v0与被照金属有关。 发射电子与入射光强度无关。 发射电子的动能与入射光频率v 呈线形关系。,7,Einstein (1905) , with Plancks quantum hypothesis,光的能量是不连续的,是量子化的。 光为一束以光速c行进的光子流,光的强度取决于单位体积内光子的数目,即取决于光子的密度。 光子不但由能量,还有质量m 既然光子有质量,就必有动量p 光子与电子撞时服从能量守恒与动量守恒定律。,Einstein光子学说,8,逸出功,临阈(yu)频率,9,2. 玻尔理论,1913年,Bohr综合了Planck的量子假说,Einstein的光子说和Rutherford的原子有核模型提出了原子的量子论 1. 原子存在于具有确定能量的稳定态(定态),定态中的原子不辐射能量。能量最低的叫基态,其余的叫激发态。 2. 只有当电子从一个定
3、态跃迁到另一个定态时,才发射或吸收辐射能。其发射或吸收频率v是唯一的,满足,Bohr的量子论,Niels Bohr,10,1.1.2 微观粒子的波粒二象性,光的波粒二象性,Particle Property,Wave Property,实物微粒是指静止质量不为零的电子,质子,中子,原子和分子等。,2. 实物粒子的波粒二象性,11,假设 对于实物微粒, 上述关系式也成立 粒子应当具有波粒二象性 粒子的行为应当用波函数的形式加以描述,de Broglie, 1923,de Brogile关系式,12,Electron diffraction,Davisson and Germer 1927, Bell Lab.,Electron diffraction, The first evidence of de Broglies Hypothesis,13,2.海森堡不确定原理,Heisenberg, 1925,粒子的坐标和动量无法同时精确测定(确定), 其误差的乘积不小于Planck常数 h 粒子的能量和时间也无法同时精确测定(确定) 粒子的任何两个“互补的”物理量无法同时精确测定(确定),He
4、isenbergs Uncertainty Principle,14,3. 波粒二象性的统计解释,玻恩(Born), 1926,物质波的“统计规律”,电子的波动性反映了微观粒子在空间区域出现的概率的大小。,微观粒子波,概率波,15,1.2 氢原子核外电子的运动状态,1.2.1 波函数,假设1:波函数 对于一个微观体系,它的状态和有关情况可以用波函数(x, y, z, t)来表示。是体系的状态函数,是体系中所有粒子的坐标函数,也是时间函数。不含时间的波函数(x, y, z) 称为定态波函数。,量子力学理论是描述微观粒子运动规律的科学,它包含若干基本假设,16,几率(propability):,Probability of finding a particle in the volume element dxdydz about the point (x,y,z) at time t,几率密度(probability density):,Probability per unit volume,波函数的物理意义,17,1.必须是连续的( Continuous and Differentiab
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