工程化学物质结构基础公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件.pptx

第二章第二章 物质结构基础物质结构基础概概概概 述述述述 世界上种类繁多、琳琅满目标物质，展现出不同性质，为何？因为微观结构差异，结构决定性质！为深入了解物质组成、掌握结构和性质改变规律、驾驭化学反应，必须研究物质微观结构。化学是研究物质组成、结构、性质及化学改变规律科学。2.1 2.1 物质状态物质状态物质状态物质状态 Three states of substanc Three states of substance e：solidsolid，liquidliquid，and gasand gas。为何要简介？描述物质性质与状态之间关系。为何要简介？描述物质性质与状态之间关系。为何要简介？描述物质性质与状态之间关系。为何要简介？描述物质性质与状态之间关系。描述物质多少描述物质多少描述物质多少描述物质多少(浓度浓度浓度浓度)。第1页第1页 比如：实际气体与抱负气体更靠近条件是比如：实际气体与抱负气体更靠近条件是比如：实际气体与抱负气体更靠近条件是比如：实际气体与抱负气体更靠近条件是(?)(?)。A A.高温高压；高温高压；高温高压；高温高压；B B.低温高压；低温高压；低温高压；低温高压；C C.高温低压；高温低压；高温低压；高温低压；D D.低温低压。低温低压。低温低压。低温低压。1)1)Ideal gas and real gasIdeal gas and real gas1.1.气体气体气体气体2)2)Equation of state of ideal gasEquation of state of ideal gas描述抱负气体存在量之间关系方程式：描述抱负气体存在量之间关系方程式：描述抱负气体存在量之间关系方程式：描述抱负气体存在量之间关系方程式：pV=nRTpV=nRT p p (PascalesPascales,Pa Pa)-pressure-pressure；V V (meter cubemeter cube,m m3 3)-volume-volume;n n (molesmoles)-the number of moles-the number of moles；R R(mole gas constantmole gas constant)-8.3148.314 kPa kPa mm3 3 molmol-1-1 K K-1-1；T T (KelvinKelvin)-temperature-temperature。第2页第2页简化形式简化形式简化形式简化形式a.at constant n and Ta.at constant n and T(Boyles law)Boyles law)：p p1 1V V1 1=p p2 2V V2 2 b.at constant n and pb.at constant n and p(Charles-Gay Lussacs lawCharles-Gay Lussacs law)：V V1 1/T T1 1=V V2 2/T T2 2c.at constant p and Tc.at constant p and T(Avogadros lawAvogadros law)：V V1 1/n n1 1=V V2 2/n n2 2BoyleBoyleCharlesCharlesGay LussacGay LussacAvogadroAvogadro方程式其它形式方程式其它形式方程式其它形式方程式其它形式 ：pV pV=(mm/MM)RTRT ，pM=pM=RTRT应用：求未知量，为生产服务。应用：求未知量，为生产服务。应用：求未知量，为生产服务。应用：求未知量，为生产服务。n n一定期，一定期，一定期，一定期，p p1 1V V1 1/T T1 1=p p2 2V V2 2/T T2 2；n n改变时，改变时，改变时，改变时，pV pV=nRT nRT。第3页第3页例例例例:试验测得试验测得试验测得试验测得310310，11011101kPakPa下单质气态磷密度下单质气态磷密度下单质气态磷密度下单质气态磷密度2.642.64gdmgdm-3-3，磷，磷，磷，磷 分子式是什么？分子式是什么？分子式是什么？分子式是什么？解：解：解：解：pM=RT M=pM=RT M=RT/p=RT/p=127.1127.1gmolgmol-1-1,则磷分子中原子数则磷分子中原子数则磷分子中原子数则磷分子中原子数=127/31=4=127/31=4，气态磷分子式为气态磷分子式为气态磷分子式为气态磷分子式为P P4 4。n=n n=n1 1+n+n2 2+，T=TT=T1 1=T=T2 2=，V=VV=V1 1=V=V2 2=，p=pp=p1 1+p+p2 2+。DaltonDalton3)3)Daltons law of partial pressureDaltons law of partial pressureDaltons law of partial volumeDaltons law of partial volumen=nn=n1 1+n+n2 2+，T T1 1=T=T2 2=T T，p p1 1=p=p2 2=p p，V=VV=V1 1+V+V2 2+。第4页第4页 2.2.All the oxygen in All the oxygen in 450450g KClOg KClO3 3 can be converted to Ocan be converted to O2 2 by heating in by heating in the presence of a catalyst.If the oxygen were collected over water at the presence of a catalyst.If the oxygen were collected over water at 2020 and and 100100kPakPa,what would be the volume of gas collected?what would be the volume of gas collected?1.1.A gaseous compound is composed of A gaseous compound is composed of 85.7%85.7%by mass carbon and by mass carbon and 14.3%14.3%by mass hydrogen.Its density is by mass hydrogen.Its density is 2.282.28g g/L atL at 300 300K and K and 101101kPa.kPa.Determine the molecular formula of the compound.Determine the molecular formula of the compound.4)4)Equation of state of Equation of state of real gasreal gas p p+-(+-(V V-nbnb)=nRT=nRTa a(V V/n n)2 2V Vreal real V Videalideal，p preal real p pidealideal a a、b b：van der Waals constantvan der Waals constant.3.3.固体固体固体固体(见第四章见第四章见第四章见第四章)2.2.液体液体液体液体(见第四章见第四章见第四章见第四章)第5页第5页4.4.等离子体等离子体等离子体等离子体 在高温、电磁场、放电、高能磁场、热核反应等作用下，在高温、电磁场、放电、高能磁场、热核反应等作用下，在高温、电磁场、放电、高能磁场、热核反应等作用下，在高温、电磁场、放电、高能磁场、热核反应等作用下，气态原子部分电离成离子和自由电子，形成净电荷数为零、由气态原子部分电离成离子和自由电子，形成净电荷数为零、由气态原子部分电离成离子和自由电子，形成净电荷数为零、由气态原子部分电离成离子和自由电子，形成净电荷数为零、由自由电子、原子和离子构成、密度小、能导电汇集体。等离子自由电子、原子和离子构成、密度小、能导电汇集体。等离子自由电子、原子和离子构成、密度小、能导电汇集体。等离子自由电子、原子和离子构成、密度小、能导电汇集体。等离子体富集了离子、电子激发态原子、分子和自由基，含有较高化体富集了离子、电子激发态原子、分子和自由基，含有较高化体富集了离子、电子激发态原子、分子和自由基，含有较高化体富集了离子、电子激发态原子、分子和自由基，含有较高化学活性，利于发生高能量、高密度化学反应。学活性，利于发生高能量、高密度化学反应。学活性，利于发生高能量、高密度化学反应。学活性，利于发生高能量、高密度化学反应。5.5.中子态中子态中子态中子态 金属态物质在高压或超高压下，核外电子被压缩进入原子金属态物质在高压或超高压下，核外电子被压缩进入原子金属态物质在高压或超高压下，核外电子被压缩进入原子金属态物质在高压或超高压下，核外电子被压缩进入原子核，电子与质子结合成中子，形成中子态。核，电子与质子结合成中子，形成中子态。核，电子与质子结合成中子，形成中子态。核，电子与质子结合成中子，形成中子态。密度极大密度极大密度极大密度极大。6.6.液晶液晶液晶液晶 一些物质在由各向异性晶态溶化转变为各向同性液体过程中一些物质在由各向异性晶态溶化转变为各向同性液体过程中一些物质在由各向异性晶态溶化转变为各向同性液体过程中一些物质在由各向异性晶态溶化转变为各向同性液体过程中经历各向异性液体状态。经历各向异性液体状态。经历各向异性液体状态。经历各向异性液体状态。特殊电、磁、光特性特殊电、磁、光特性特殊电、磁、光特性特殊电、磁、光特性。第6页第6页 通常讲，物质由分子构成，分子由原子构成。因此，研究物通常讲，物质由分子构成，分子由原子构成。因此，研究物通常讲，物质由分子构成，分子由原子构成。因此，研究物通常讲，物质由分子构成，分子由原子构成。因此，研究物质性质以及物质之间化学改变质性质以及物质之间化学改变质性质以及物质之间化学改变质性质以及物质之间化学改变(化学反应化学反应化学反应化学反应)就必须从研究原子本就必须从研究原子本就必须从研究原子本就必须从研究原子本身结构开始；另外，在物质化学改变过程身结构开始；另外，在物质化学改变过程身结构开始；另外，在物质化学改变过程身结构开始；另外，在物质化学改变过程(化学反应化学反应化学反应化学反应)中。原子核中。原子核中。原子核中。原子核并不发生改变并不发生改变并不发生改变并不发生改变(核反应除外核反应除外核反应除外核反应除外)，只是核外电子运动状态发生了改变。，只是核外电子运动状态发生了改变。，只是核外电子运动状态发生了改变。，只是核外电子运动状态发生了改变。因此研究原子结构应主要研究其核外电子运动。因此研究原子结构应主要研究其核外电子运动。因此研究原子结构应主要研究其核外电子运动。因此研究原子结构应主要研究其核外电子运动。为何要研究原子结构为何要研究原子结构为何要研究原子结构为何要研究原子结构？世界上种类繁多、琳琅满目的物？世界上种类繁多、琳琅满目的物？世界上种类繁多、琳琅满目的物？世界上种类繁多、琳琅满目的物质，都是由为数不多基本元素构成。质，都是由为数不多基本元素构成。质，都是由为数不多基本元素构成。质，都是由为数不多基本元素构成。112 112种元素种元素种元素种元素(尚未命名尚未命名尚未命名尚未命名110110UunUun、111111UuuUuu、112112UnbUnb)()(现已发觉第现已发觉第现已发觉第现已发觉第113113号号号号)。其中惰性元素。其中惰性元素。其中惰性元素。其中惰性元素6 6个；非金属元素个；非金属元素个；非金属元素个；非金属元素1616个；金属元素个；金属元素个；金属元素个；金属元素9090个。大个。大个。大个。大部分处于周期表副族，称为过渡元素。部分处于周期表副族，称为过渡元素。部分处于周期表副族，称为过渡元素。部分处于周期表副族，称为过渡元素。2.2 2.2 原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律原子结构和元素周期律第7页第7页 宏观物体运动特性：宏观物体运动特性：宏观物体运动特性：宏观物体运动特性：可描绘出它们运动轨迹，能够确可描绘出它们运动轨迹，能够确可描绘出它们运动轨迹，能够确可描绘出它们运动轨迹，能够确定它们某一时刻位置和速度。定它们某一时刻位置和速度。定它们某一时刻位置和速度。定它们某一时刻位置和速度。核电荷数质子数核外电子数，核电荷数质子数核外电子数，核电荷数质子数核外电子数，核电荷数质子数核外电子数，原子直径：约原子直径：约原子直径：约原子直径：约1010-10-10m m。electronelectronnuclearnuclear 原子核及核外电子模型原子核及核外电子模型原子核及核外电子模型原子核及核外电子模型质子质子质子质子(+)(+)中子中子中子中子原子核原子核原子核原子核(+)(+)核外电子核外电子核外电子核外电子(-)(-)原子原子原子原子 微观粒子运动特性：微观粒子运动特性：微观粒子运动特性：微观粒子运动特性：经历了经历了经历了经历了从典型到当代从典型到当代从典型到当代从典型到当代不断结识不断结识不断结识不断结识过程。结识水平过程。结识水平过程。结识水平过程。结识水平与当初理论科学发展程度是密切相关。与当初理论科学发展程度是密切相关。与当初理论科学发展程度是密切相关。与当初理论科学发展程度是密切相关。第8页第8页1.1.原子基本结构原子基本结构原子基本结构原子基本结构1)1)原子结构理论发展原子结构理论发展原子结构理论发展原子结构理论发展John Daltons John Daltons 原子模型原子模型原子模型原子模型 (1808)(1808)J.J.Thomsons J.J.Thomsons 原子模型原子模型原子模型原子模型 (1898)(1898)E E.Rutherfords Rutherfords 原子模型原子模型原子模型原子模型 (1911)(1911)Bohrs Bohrs 原子模型原子模型原子模型原子模型 (1923)(1923)原子波动力学模型原子波动力学模型原子波动力学模型原子波动力学模型(1926)(1926)+-Evolution of the model of the atomEvolution of the model of the atom第9页第9页 18，英国中学教师道尔顿明确地提出了原子论，理论关键点是：每一个化学元素有一个原子；同种原子质量相同，不同种原子质量不同；原子不可再分；一个原子不会转变为另一个原子；化学反应只是改变了原子结合方式。使反应前物质变成反应后物质。道尔顿认为原子是一个实心球体，不可再分。John DaltonJohn DaltonJohn Daltons John Daltons 原子模型原子模型原子模型原子模型 (1808)(1808)J.DaltonJ.Dalton原子学说原子学说原子学说原子学说第10页第10页 道尔顿用来表示原子符号，是最早元素符号。他给出许多道尔顿用来表示原子符号，是最早元素符号。他给出许多道尔顿用来表示原子符号，是最早元素符号。他给出许多道尔顿用来表示原子符号，是最早元素符号。他给出许多分子构成是错误分子构成是错误分子构成是错误分子构成是错误。这给人以历史教。这给人以历史教。这给人以历史教。这给人以历史教训要揭示科学真理训要揭示科学真理训要揭示科学真理训要揭示科学真理不能光凭想象，客观世不能光凭想象，客观世不能光凭想象，客观世不能光凭想象，客观世界复杂性不会由于人界复杂性不会由于人界复杂性不会由于人界复杂性不会由于人类或某个人主观意念类或某个人主观意念类或某个人主观意念类或某个人主观意念简朴化而改变。简朴化而改变。简朴化而改变。简朴化而改变。道尔顿原子论极大地道尔顿原子论极大地道尔顿原子论极大地道尔顿原子论极大地推动了化学发展。推动了化学发展。推动了化学发展。推动了化学发展。氢氢氢氢氧氧氧氧氮氮氮氮碳碳碳碳磷磷磷磷硫硫硫硫钾钾钾钾钡钡钡钡水水水水一氧化氮一氧化氮一氧化氮一氧化氮二氧化硫二氧化硫二氧化硫二氧化硫氢氧化钾氢氧化钾氢氧化钾氢氧化钾碳酸钡碳酸钡碳酸钡碳酸钡甲烷甲烷甲烷甲烷第11页第11页J.J.ThomsonJ.J.Thomson(1856-1945)(1856-1945)原子原子原子原子“浸入模型浸入模型浸入模型浸入模型”1895 1895年年年年1111月月月月8 8日，德国伦琴发觉了奇异日，德国伦琴发觉了奇异日，德国伦琴发觉了奇异日，德国伦琴发觉了奇异 X X 射线，以后居里射线，以后居里射线，以后居里射线，以后居里夫妇等对天然放射性研究，以及夫妇等对天然放射性研究，以及夫妇等对天然放射性研究，以及夫妇等对天然放射性研究，以及18971897年汤姆逊证实了射线是一年汤姆逊证实了射线是一年汤姆逊证实了射线是一年汤姆逊证实了射线是一个带负电微粒。表明个带负电微粒。表明个带负电微粒。表明个带负电微粒。表明任何物质原子都可放出带负电荷电子任何物质原子都可放出带负电荷电子任何物质原子都可放出带负电荷电子任何物质原子都可放出带负电荷电子。由。由。由。由于整个原子是电中性，因此，原子内部一定带等量电荷正电微于整个原子是电中性，因此，原子内部一定带等量电荷正电微于整个原子是电中性，因此，原子内部一定带等量电荷正电微于整个原子是电中性，因此，原子内部一定带等量电荷正电微粒。那么，这些电荷是如何分布？粒。那么，这些电荷是如何分布？粒。那么，这些电荷是如何分布？粒。那么，这些电荷是如何分布？伦琴伦琴伦琴伦琴居里夫妇居里夫妇居里夫妇居里夫妇第12页第12页J.J.ThomsonJ.J.ThomsonJ.J.Thomsons J.J.Thomsons 原子模型原子模型原子模型原子模型 (1898)(1898)1898年，威廉 汤姆逊认为原子是由带正电荷球体及沉浸在这个正电荷球体里电子所构成。电子均匀分布在原子内，能自由地运动，并受到一个指向原子中心电力作用。19，在W.汤姆逊模型基础上，J.J.汤姆逊认为正电球中电子是分布在一些同心球或同心球壳上，该模型俗称为“葡萄干面包”模型。+-第13页第13页E E.RutherfordRutherford(1871-1937)(1871-1937)原子原子原子原子“含核模型含核模型含核模型含核模型”J.J.Thomson J.J.Thomson 学生、英籍新西兰物理学家卢瑟福用学生、英籍新西兰物理学家卢瑟福用学生、英籍新西兰物理学家卢瑟福用学生、英籍新西兰物理学家卢瑟福用 粒子粒子粒子粒子(HeHe2+2+)轰击金箔，发觉粒子绝大多数不会发生偏转，很少数被轰击金箔，发觉粒子绝大多数不会发生偏转，很少数被轰击金箔，发觉粒子绝大多数不会发生偏转，很少数被轰击金箔，发觉粒子绝大多数不会发生偏转，很少数被折射或被反弹回来。阐明了折射或被反弹回来。阐明了折射或被反弹回来。阐明了折射或被反弹回来。阐明了原子中存在一个几乎集中了所有原原子中存在一个几乎集中了所有原原子中存在一个几乎集中了所有原原子中存在一个几乎集中了所有原子质量、而大小仅为原子大小万分之一带正电荷微粒，即原子子质量、而大小仅为原子大小万分之一带正电荷微粒，即原子子质量、而大小仅为原子大小万分之一带正电荷微粒，即原子子质量、而大小仅为原子大小万分之一带正电荷微粒，即原子核核核核。卢瑟福原子卢瑟福原子卢瑟福原子卢瑟福原子 “含核式模型含核式模型含核式模型含核式模型”(19)”(19)：每个原子中心有一个带：每个原子中心有一个带：每个原子中心有一个带：每个原子中心有一个带正电荷体积很小原子核，核外为电子所围绕；原子核所带正电正电荷体积很小原子核，核外为电子所围绕；原子核所带正电正电荷体积很小原子核，核外为电子所围绕；原子核所带正电正电荷体积很小原子核，核外为电子所围绕；原子核所带正电荷等于核外电子所带负电荷数；整个原子呈电中性，原子质量荷等于核外电子所带负电荷数；整个原子呈电中性，原子质量荷等于核外电子所带负电荷数；整个原子呈电中性，原子质量荷等于核外电子所带负电荷数；整个原子呈电中性，原子质量几乎所有集中在原子核上。几乎所有集中在原子核上。几乎所有集中在原子核上。几乎所有集中在原子核上。第14页第14页 到此为止，在总结前人结识基础上，到此为止，在总结前人结识基础上，到此为止，在总结前人结识基础上，到此为止，在总结前人结识基础上，结合当初最新发觉，由卢瑟福提出原子结合当初最新发觉，由卢瑟福提出原子结合当初最新发觉，由卢瑟福提出原子结合当初最新发觉，由卢瑟福提出原子模型应当是很完善。该模型模型应当是很完善。该模型模型应当是很完善。该模型模型应当是很完善。该模型建立在建立在建立在建立在NewtonNewton典型力学理论基础上。依据该理论，电子在典型力学理论基础上。依据该理论，电子在典型力学理论基础上。依据该理论，电子在典型力学理论基础上。依据该理论，电子在运动速度改变时，要发射电磁波，能量减少。运动速度改变时，要发射电磁波，能量减少。运动速度改变时，要发射电磁波，能量减少。运动速度改变时，要发射电磁波，能量减少。结果是：结果是：结果是：结果是：(1)(1)发射光谱连续；发射光谱连续；发射光谱连续；发射光谱连续；(2)(2)原子煙灭。原子煙灭。原子煙灭。原子煙灭。NewtonNewtonE E.RutherfordRutherfordE E.Rutherfords Rutherfords 原子模型原子模型原子模型原子模型 (1911)(1911)第15页第15页continuous spectrumcontinuous spectrum实际情况如何呢？实际情况如何呢？实际情况如何呢？实际情况如何呢？第16页第16页continuous spectrumcontinuous spectrum第17页第17页2)2)The emission spectrum of the hydrogen atom and Bohr theoryThe emission spectrum of the hydrogen atom and Bohr theoryspectral lines of atomic hydrogen-spectral lines of atomic hydrogen-line spectrumline spectrum+-HH2 2 gasgasEM radiationEM radiationline spectra line spectra 656.3656.3 nm nm486.1486.1 nm nm434.0434.0 nm nm410.2410.2 nm nmprismprism高压放电管高压放电管高压放电管高压放电管 氢原子没有煙灭及发射不连续光谱事实，阐明原子结构氢原子没有煙灭及发射不连续光谱事实，阐明原子结构氢原子没有煙灭及发射不连续光谱事实，阐明原子结构氢原子没有煙灭及发射不连续光谱事实，阐明原子结构典型模型错误。典型模型错误。典型模型错误。典型模型错误。第18页第18页氢、氦、锂、钠、钡、汞、氖发射光谱氢、氦、锂、钠、钡、汞、氖发射光谱氢、氦、锂、钠、钡、汞、氖发射光谱氢、氦、锂、钠、钡、汞、氖发射光谱(从上到下从上到下从上到下从上到下)第19页第19页 氢原子光谱特点：不连续线状光谱；谱线氢原子光谱特点：不连续线状光谱；谱线氢原子光谱特点：不连续线状光谱；谱线氢原子光谱特点：不连续线状光谱；谱线波长分布服从波长分布服从波长分布服从波长分布服从BalmerBalmer公式公式公式公式：-=R-=R(-)(-)2 22 21 1n n2 21 11 1 式中，式中，式中，式中，-波长，波长，波长，波长，(mm)，n n-不小于不小于不小于不小于2 2正整数。正整数。正整数。正整数。R R-RydbergRydberg常数，常数，常数，常数，1.097373 1.097373 10107 7mm-1-1，n n=3=3，HH 谱线，谱线，谱线，谱线，n n=4=4，HH 谱线，谱线，谱线，谱线，n n=5=5，HH 谱线，谱线，谱线，谱线，n n=6=6，HH 谱线。谱线。谱线。谱线。后又在紫外和红外区发觉氢光谱其它谱线，波长服从后又在紫外和红外区发觉氢光谱其它谱线，波长服从后又在紫外和红外区发觉氢光谱其它谱线，波长服从后又在紫外和红外区发觉氢光谱其它谱线，波长服从RydbergRydberg公式：公式：公式：公式：-=R-=R(-)(-)n n1 12 21 1n n2 22 21 11 1 n n1 1、n n2 2 ：为正整数，且：为正整数，且：为正整数，且：为正整数，且n n1 1 n n2 2，n n1 1=1=1：紫外光谱区：紫外光谱区：紫外光谱区：紫外光谱区(LymanLyman系系系系)，n n1 1=2=2：可见光谱区：可见光谱区：可见光谱区：可见光谱区(BalmerBalmer系系系系)，n n1 1=3=3：红外光谱区：红外光谱区：红外光谱区：红外光谱区(PaschenPaschen系系系系)，n n1 1=4=4：红外光谱区：红外光谱区：红外光谱区：红外光谱区(BrachetBrachet系系系系)，n n1 1=5=5：红外光谱区：红外光谱区：红外光谱区：红外光谱区(PfundPfund系系系系)。第20页第20页E E0 0252518189 91 1B B-B-B-B-B-B-B0 0-B-Bn n=1=1n n=2=2n n=3=3n n=4=4n n=5=5n n=6=6n n=8=8n n=7=7基态基态基态基态赖曼系赖曼系赖曼系赖曼系巴尔麦系巴尔麦系巴尔麦系巴尔麦系派兴系派兴系派兴系派兴系布拉开特系布拉开特系布拉开特系布拉开特系方德系方德系方德系方德系第21页第21页 19，普朗克研究黑体辐射时，提出了辐射定律(普朗克量子论)：物质得失能量含有量子化特性，只能按某常数整数倍吸取或发射能量。即：E=nh。h h：普朗克常数：普朗克常数：普朗克常数：普朗克常数，：光频率，：光频率，：光频率，：光频率，n n：正整数。：正整数。：正整数。：正整数。PlanckPlancks quantum theoryEinsteins photoelectric theoryEinsteins photoelectric theoryEinsteinEinstein Einstein Einstein 依据量子化概念，提出了光子依据量子化概念，提出了光子依据量子化概念，提出了光子依据量子化概念，提出了光子学说，认为光是一个波。学说，认为光是一个波。学说，认为光是一个波。学说，认为光是一个波。光子能量：光子能量：光子能量：光子能量：E E=h h；h h光子动量：光子动量：光子动量：光子动量：P P=-。波动性物理量：波动性物理量：波动性物理量：波动性物理量：和和和和 粒子性物理量：粒子性物理量：粒子性物理量：粒子性物理量：E E和和和和P P第22页第22页Bohr Bohr theory of the hydrogen atom theory of the hydrogen atom(principles&limitations)principles&limitations)19，丹麦物理学家N.Bohr提出“行星式模型”。Plancks quantum theoryPlancks quantum theory，Einsteins photoelectric theoryEinsteins photoelectric theory，Rutherfords atomic model.Rutherfords atomic model.Bohrs Bohrs 原子模型原子模型原子模型原子模型 (1913)(1913)FromFromBohrBohr第23页第23页The essence of Bohr theoryThe essence of Bohr theory:a a.核外电子运动轨道角动量核外电子运动轨道角动量核外电子运动轨道角动量核外电子运动轨道角动量(MM)量子化量子化量子化量子化(而不是连续改变而不是连续改变而不是连续改变而不是连续改变)：M M=nhnh/2/2 (n n=1,2,3,4)=1,2,3,4)，符合量子条件符合量子条件符合量子条件符合量子条件“轨道轨道轨道轨道”(”(orbitorbit)为为为为“稳定轨道稳定轨道稳定轨道稳定轨道”。电子在稳定轨道运动时，不吸取、不幅射光子。电子在稳定轨道运动时，不吸取、不幅射光子。电子在稳定轨道运动时，不吸取、不幅射光子。电子在稳定轨道运动时，不吸取、不幅射光子。E E=-2.178=-2.178 10 10-18-18 -J -JZ Zn n2 2b b.在一定轨道上运动电子能量也是量子化：在一定轨道上运动电子能量也是量子化：在一定轨道上运动电子能量也是量子化：在一定轨道上运动电子能量也是量子化：n n=1,2,3,4 =1,2,3,4；Z Z：核电荷数：核电荷数：核电荷数：核电荷数(质子数质子数质子数质子数)。原子在正常或稳定状态时，电子尽也许处于能量最低状态-基态(ground state)。对H 原子，电子在n=1轨道(基态)上运动时能量最低，E=-2.178 10-18J；对应轨道半径为：r=52.9 pm=a0(玻尔半径)。第24页第24页 c.电子在不同轨道之间跃迁(transition)时，会吸取或幅射光子，其能量取决于跃迁前后两轨道能量差：E=EE=E2 2-E-E1 1 =h=h-=h=h-c c 真空中光速真空中光速真空中光速真空中光速 c c=2.998=2.998 10108 8m.sm.s-1-1，HH原子原子原子原子Z Z=1=1，光谱频率，光谱频率，光谱频率，光谱频率 为为为为：-=R-=R(-)(-)n n1 12 21 1n n2 22 21 1 1 1n n=1=1n n=3=3n n=2=2n n=2=2n n=1=1n n=3=3n n=4=4-13.6-13.6eVeV0 0energyenergygreater distancegreater distanceform nucleusform nucleus玻尔理论成功地解释了氢原子结构和氢原子光谱。玻尔理论成功地解释了氢原子结构和氢原子光谱。玻尔理论成功地解释了氢原子结构和氢原子光谱。玻尔理论成功地解释了氢原子结构和氢原子光谱。第25页第25页 玻尔理论玻尔理论玻尔理论玻尔理论不足：不足：不足：不足：a a.只限于解释氢原子或类氢离子只限于解释氢原子或类氢离子只限于解释氢原子或类氢离子只限于解释氢原子或类氢离子(单电子体单电子体单电子体单电子体系系系系)光谱，不能解释多电子原子光谱；光谱，不能解释多电子原子光谱；光谱，不能解释多电子原子光谱；光谱，不能解释多电子原子光谱；b b.人为地允许一些物理量人为地允许一些物理量人为地允许一些物理量人为地允许一些物理量(电子运动轨道角动量和电子能量电子运动轨道角动量和电子能量电子运动轨道角动量和电子能量电子运动轨道角动量和电子能量)“)“量子化量子化量子化量子化”，以修正典型力，以修正典型力，以修正典型力，以修正典型力学学学学(牛顿力学牛顿力学牛顿力学牛顿力学)。3)3)原子量力学模型原子量力学模型原子量力学模型原子量力学模型dede Broglies Broglies wave-particle dual nature of particles wave-particle dual nature of particles 19241924，dede Broglie Broglie：“整个世纪以来，在光学上，比起波动整个世纪以来，在光学上，比起波动整个世纪以来，在光学上，比起波动整个世纪以来，在光学上，比起波动研究办法，是过度忽略了粒子研究办法；在实物理论上，是否研究办法，是过度忽略了粒子研究办法；在实物理论上，是否研究办法，是过度忽略了粒子研究办法；在实物理论上，是否研究办法，是过度忽略了粒子研究办法；在实物理论上，是否发生了相反错误呢？我们是不是把粒子图象想得太多，而过度发生了相反错误呢？我们是不是把粒子图象想得太多，而过度发生了相反错误呢？我们是不是把粒子图象想得太多，而过度发生了相反错误呢？我们是不是把粒子图象想得太多，而过度地忽略了波图象？地忽略了波图象？地忽略了波图象？地忽略了波图象？”第26页第26页 a.The a.The wave-particle dual nature of by light Einstein photoelectric wave-particle dual nature of by light Einstein photoelectrictheory,interference,diffraction,and photoelectric effect of photon.theory,interference,diffraction,and photoelectric effect of photon.E=hE=h =mc=mc2 2，p=mc=E/c=p=mc=E/c=h h /c=hc=h/b b.The wave-particle dual natureThe wave-particle dual nature of electron.of electron.dede Broglie Broglie de de Broglie Broglie提出，电子、质子、中子、提出，电子、质子、中子、提出，电子、质子、中子、提出，电子、质子、中子、原子、分子、离子等实物粒子都含有波粒原子、分子、离子等实物粒子都含有波粒原子、分子、离子等实物粒子都含有波粒原子、分子、离子等实物粒子都含有波粒二像性，波长服从：二像性，波长服从：二像性，波长服从：二像性，波长服从：=h h/mmv vmm：微粒质量，：微粒质量，：微粒质量，：微粒质量，v v：运动速度，：运动速度，：运动速度，：运动速度，h h：普朗克常数：普朗克常数：普朗克常数：普朗克常数。3 3年之后年之后年之后年之后(1927(1927年年年年)，C.J.DavissonC.J.Davisson(戴维逊戴维逊戴维逊戴维逊)和和和和L.S.GermerL.S.Germer(革革革革末末末末)电子衍射试验证实了电子运动波动性电子衍射试验证实了电子运动波动性电子衍射试验证实了电子运动波动性电子衍射试验证实了电子运动波动性-电子衍射图是电子电子衍射图是电子电子衍射图是电子电子衍射图是电子“波波波波”互相干涉结果，证实了互相干涉结果，证实了互相干涉结果，证实了互相干涉结果，证实了de Brogliede Broglie预言。预言。预言。预言。第27页第27页电子衍射试验电子衍射试验(diffraction of electron)晶体晶体晶体晶体(光栅光栅光栅光栅)底版底版底版底版窄缝窄缝窄缝窄缝电子束电子束电子束电子束electron diffraction patternelectron diffraction patternelectron beamelectron beamelectron gunelectron gunmetal papermetal paper能量：粒子性能量：粒子性能量：粒子性能量：粒子性衍射现象：波动性衍射现象：波动性衍射现象：波动性衍射现象：波动性电子波粒二象性电子波粒二象性电子波粒二象性电子波粒二象性第28页第28页 微观粒子电子质量：微观粒子电子质量：微观粒子电子质量：微观粒子电子质量：9.19.1 1010-31-31kgkg，运动速度：，运动速度：，运动速度：，运动速度：1 1 10106 6