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大学化学 中国矿业大学化工学院 倪中海 第二章 物质结构基础（上） §2-1 氢原子光谱和波尔理论 §2-2 原子的量子力学模型 §2-3 原子核外电子结构 §2-4 元素基本性质的周期性变化 关键：电子具有量子性、统计性和波粒二象性 §2-1 氢原子光谱和波尔理论 原子结构理论的发展简史 原子结构理论的发展简史 一、古代希腊的原子（元素）理论 一、古代希腊的原子（元素）理论 二、道尔顿的原子理论 二、道尔顿的原子理论 三、卢瑟福的行星式原子模型 三、卢瑟福的行星式原子模型 四、氢原子光谱 四、氢原子光谱 五、玻尔理论 五、玻尔理论 一、古希腊的原子（元素）理论 公元前5世纪，古希腊哲学家留基波 （Leu Cippus ）和德谟克里特 （Domo Critus ）提出: 物质是由最微小、最坚硬、不可入、不可分的微粒 组成，并将这种微粒定义为“原子” 。宇宙万物是由 不同数目、不同形状的原子按不同的排列方式而构 成的。 二、道尔顿的原子理论 1808年，英国化学家道尔 顿 （John Dalton ）建立了原 子论。几乎统一解释了当时 所有的化学现象和经验定律 。 二、道尔顿的原子理论 基本要点： 物质的最小组成单位为原子，原子不能创造、不能 毁灭、不能分割； 同种元素的原子其形状、质量和性质均相同，不同 元素的原子则不同； 原子以简单的比例结合成化合物。 缺陷： 不能解释同位素的发现；没有说明原子和分子的区 别；未能阐释原子的具体组成和结构。 三、卢瑟福的行星式原子模型 卢瑟福(E．Rutherford)提出含核原子模型。他 认为原子的中心有一个带正电的原子核(atomic nucleus)，电子在它的周围旋转，由于原子核和 电子在整个原子中只占有很小的空间，因此原子 中绝大部分是空的。 Flash 播放影片 三、卢瑟福的行星式原子模型 原子的直径约为10-10 m，电子的直径约为10-15 m ，原子核的直径约在10-16 m-10-14 m之间。电子的 质量极小，原子的质量几乎全部集中在核上。但卢 瑟福的理论不能精确指出原子核上的正电荷数。 三、卢瑟福的行星式原子模型 行星模型的失败在于：按经典物理学，一个绕核急 速旋转的电子，必定要连续不断地发射辐射能，直到 电子落入原子核，使原子失去原有特性，但事实上不 存在这种情形，电子不出现“塌陷”问题。 矛盾：1. 核外电子不会毁灭 2. 原子光谱是不连续的，是线状的 四、氢原子光谱 1.光和电磁辐射 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 连续光谱 五、玻尔理论 玻尔为了解释原子光谱， 将普朗克量子论应用于含核原 子模型，根据辐射的不连续性 和氢原子光谱有间隔的特性， 推论原子中电子的能量也不可 能是连续的，而是量子化的。 玻尔理论 三点假设： ①定态轨道假设：核外电子只能在有确定半径和能 量的轨道上运动,且不辐射能量。 ②轨道的能量（量子化）假设：离核最近，能量最 低—基态；离核越远，能量越高—激发态；轨道能量 量子化。 ③能量的吸收与释放假设：电子获得能量从低能级 跃迁到高能级；从激发态回到基态释放光能，光的频 率取决于轨道间的能量差。 玻尔理论 玻尔的假说解决了如下几个问题： （1）激发态原子为什么会发射出光射线。 （2 ）原子辐射能量的不连续性，氢光谱波长的不连 续性。 （3 ）比较好地说明了氢光谱线频率的规律性（即里 德堡公式）。 玻尔理论