【正文】 有靜止質(zhì)量 相對論處理 低速下可用非相對論處理 20 )(1/ cvmm ??0mm ? 1927年，美國科學家戴維遜（ )和革末（ Germer)等人，進行電子衍射實驗，證明了德布羅依的預言。 1924年，法國青年物理學家德布羅依（ Louis de Brglie)在光的波粒二象性的啟發(fā)下，提出了具有靜止質(zhì)量的微觀粒子（原子、電子、質(zhì)子）也具有波粒二象性的假設，并預言，微觀粒子的質(zhì)量，運動速度，波長，也可以通過普朗克常數(shù)聯(lián)系起來。 核外電子運動狀態(tài)的描述 一、微觀粒子的波粒二象性 二十世紀初，人們根據(jù)光的干涉、衍射和光電效應等大量實驗事實認識到光既有波動性又有粒子性的性質(zhì)。也不能解釋化學鍵的本質(zhì)。但是玻爾按照宏觀物體的運動規(guī)律來描述電子的運動，只是在經(jīng)典力學連續(xù)性概念的基礎上，人為地加上了一些量子化的條件，未能完全沖破經(jīng)典物理學的束縛，所以還有它的局限性。處于激發(fā)態(tài)的電子不穩(wěn)定，會從高能級軌道再躍遷回低能級軌道，這個過程要釋放能量，這部分能量以光能的形式釋放出來，光子的頻率決定于兩個軌道的能量差： E=En－ En－ 1＝ hv （光子學說） 就產(chǎn)生了一條一條的 線狀光譜 。 （二）軌道能級 電子在不同的定態(tài)軌道上運動，具有不同的能量，離核越近，能量越低；離核越遠，能量越高，這些一級一級的能量狀態(tài)，就稱為能級。 玻爾理論的要點： ?2hnm vrp ???2/h2204efr????2mFr??離 心22204merr????2204emr??? ?氫原子是由一個質(zhì)子的原子核與一個沿著原子核以圓形軌道半徑為 r運動的電子所構成； 由庫侖定律（ Coulomb’s law）可知 （負號表示吸引） 電子繞核運轉，其離心力應當?shù)扔诤送怆娮优c原子核的引力 2nhmr??? 2nhmr? ??222 2 224nhmr?? ?2 2 22 2 2044e n hmr m r?? ??并非所有的圓形軌道均為電子所容許的，只有電子的軌道角動量 (mvr )等于 h / 2π的正整數(shù)倍，才是電子運動所容許的軌道； 所以 波爾根據(jù)經(jīng)典力學原理計算出了電子運動的軌道半徑 h = ?10?34 J丹麥的物理學家玻爾于 1913年在盧瑟福的有核原子模型，普朗克的量子論和愛因斯坦光子學說的基礎上，針對氫原子線狀光譜的特點，應用了普朗克的量子論的觀點，提出了自己的原子結構理論 —— 玻爾理論。相對論質(zhì)能方程： E=mc2 m=E/c2=hv/c2。 P=mc E=hv=mc2=pc p=hv/c=h/? （ 5）光子與電子碰撞時符合能量守恒和動量守恒定律。一束單色光，有 n個光子，具有的能量 E = n 2）普朗克（ ,1858 — 1947,德）的量子論（ 1900） 3) 愛因斯坦 (,1879— 1955，德）的光子學說： 光的本性的認識：微粒說（ 1680年，牛頓）：反射現(xiàn)象 波動說（ 1690年，惠更斯）：干涉，衍射現(xiàn)象。 1900年普朗克在研究黑體輻射問題時，提出了著名的量子化理論。人們把不連續(xù)的形成等差級數(shù)的數(shù)稱量子數(shù)。 氫原子光譜示意圖 1885年 ， 巴爾麥 （ 1885— 1898， 瑞士中學教師 ） 研究發(fā)現(xiàn) ， 這 5條譜線頻率符合下式： )121( 2215 n?????紅外區(qū) 紅 藍綠 藍 紫 紫 ? H? H? H? ??/nm 760 660 480 435 408 400 n為大于 2的正整數(shù) 隨著對氫原子光譜研究的進一步深入 ， 在紫外區(qū)和紅外區(qū)又分別找到若干條譜線 ， 1890 年 ， 里德堡(— 1919， 瑞典 )將所有的譜線頻率統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)它們都符合一同一公式： n2 n1 從此式可見 ， 氫原子的光譜不是任意的 ， 而是隨兩個正整數(shù)的改變作跳躍式的改變 。由相同元素的原子發(fā)射的線狀光譜都是一樣的，都有自己固定的波長，而不同元素的原子所發(fā)射的線狀光譜各不相同，也就是說，每種元素都有它自己的特征光譜。具有各種不同波長的光譜叫連續(xù)光譜。他以驚人的膽識提出了新的氫原子模型，把原子結構理論推向新的高度。但是，卻引起了另外一個按常理不可理解的問題，以氫原子為例，氫原子是由帶一個正電荷的原子核和一個帶負電核的核外電子構成，原子核與電子必然互相吸引，原子中帶負電的電子若不運動的話，就會被帶正電的原子核吸引過去；倘若電子繞核旋轉，按照經(jīng)典電磁理論，這樣運動著的帶電體要輻射能量而能量損失并減小，速率變慢，那么電子就會依著螺旋線形的途徑，最后墜于核上，殊途同歸，原子毀滅，這與事實矛盾；其次，由于核外電子是連續(xù)的輻射能量，因此，發(fā)射的電磁波的頻率應當是連續(xù)的。 1911年，出生于新西蘭成長于英國的物理學家盧瑟福 (Ruthford，本身獲得了 Nobel Prize，還培養(yǎng)出了 13個 Nobel Prize獲得者，是一個既富科學研究又善于管理培養(yǎng)人才的多面手 )利用 α離子散射試驗確認了原子核的存在，建立了他的行星式原子模型（有核模型）。 到十九世紀末，隨著科學技術的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了電子(1897)，英國的湯姆遜 (,18561940)和美國的密立根 (. Mulliken)分別于 1897年和 1909年用實驗確定了電子的電荷和質(zhì)量。 1803年，英國科學家道爾頓提出物質(zhì)是由原子組成的，原子不能再分，提出： 原子在化學變化中保持其本性不變； 同元素原子其性質(zhì)和重量相同，否則不同； 化合物質(zhì)量為所含元素原子的質(zhì)量總和。 atom atom (a”no”, tom”separate”) 古代古代 ? 一 、 原子學說的歷史 ? 西周的 “ 五行 ” 說 （ 金 、 木 、 水 、 火 、 土 ） ? ? ? 公元前四世紀 ， （ 希 ） 亞里士多得 “ 四元素 ” 說 （ 土 、 水 、 氣 、 火 ） ? ? 17世紀波義耳 （ Boyle） 和 18世紀拉瓦錫 （ Lavasier） “ 原子 ” 含義較模糊 ? ? 定量定律 （ 定比 、 倍比和質(zhì)量守恒等 ） ? 19世紀道爾頓 （ (Dalton)英 ， 1803） 原子說 ? 原子在化學變化中保持其本性不變； ? 同元素原子其性質(zhì)和重量相同 ， 否則不同； ? 化合物質(zhì)量為所含元素原子的質(zhì)量總和。物質(zhì)結構的研究對于化學乃至整個自然科學的研究來說，相當于基石的作用。因為結構決定性質(zhì)，只有深入了解物質(zhì)的深層結構，才有可能深入把握物質(zhì)的性質(zhì)及其變化規(guī)律。 ? ?19世紀末發(fā)現(xiàn)了電子、 陰極射線，放射性等 ? ?20初世紀湯姆遜（ (Thomsum)英， 1903）原子“浸入”模型 ? （原子是由均勻分布的正電球體及沉浸在其中的電子組成） ? 原子學說的歷史和原子結構的回顧。 他第一次從物質(zhì)結構的微觀角度來揭示 宏觀化學現(xiàn)象的本質(zhì)。修正了原子不可再分的觀念。他認為 原子中心有一個極小的核，他幾乎之中了遠在的全部質(zhì)量，并帶有 Z個正電荷，在核周圍有 Z個電子就像行星繞太陽一樣繞核運轉。但事實上氫原子光譜是線狀的。 167。夏季陣雨后出現(xiàn)的彩虹就是連續(xù)光譜。 原子光譜在一定程度上反映了原子內(nèi)部的結構。 當 n1為不同數(shù)值時，即成為幾個光譜系。例如，宏觀上時間的變化是連續(xù)的（微觀是量子化的，量子數(shù)很小），電量（微觀量）有最小單位 1e = 1019 C， ?電量是量子化的。該理論指出，物體輻射或吸收能量是不連續(xù)的、量子化的，也就是說，物質(zhì)吸收和發(fā)射能量，就像物質(zhì)微粒一樣，只能以單個的、一定分量的能量，一分一分的或按照這一基本分量的倍數(shù)吸收或發(fā)射能量，即能量是量子化的，這種能量的最小單位能量子或量子 (quantum)。偏振現(xiàn)象，波的傳播需要介質(zhì)（以太， ether的尋找）。h?（ n?N， Einstein光子學說）。 光子學說： （ 1）光的能量是不連續(xù)的，也是量子化的。 不同頻率的光子，其質(zhì)量是不同的。 二、玻爾理論 （一）定態(tài)軌道： 核外電子不能再任意的軌道上運動，只能沿某些特許的圓形軌道運動。s， m = ?10?31 kg， ε0 = ?10?12 C2每個能級的能量公式： JneVnE 2182101 7 ??????（ n=1,2,3… ） 原子在常態(tài)時，電子盡可能處于能量最低的軌道，這種狀態(tài)稱為 基態(tài) 。 （三）電子的躍遷 由激發(fā)態(tài)放出能量得到的譜圖叫做發(fā)射光譜，原子受激發(fā)時會從可見光中吸收能量得到的光譜為吸收光譜 )11()11(106 2 101 7 22211521223418nnnn??????????2nE????hEEhE 12 ?????)101 7 7 (1 21182218nnh?? ??????因為 所以譜線頻率 氫原子光譜譜線系列示意圖 波爾理論對氫原子光譜的解釋 玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜產(chǎn)生的原因和規(guī)律性，并提出了原子軌道能級和主量子數(shù)等重要概念。在精密分光鏡下觀察氫原子光譜，發(fā)現(xiàn)每條譜線還可以分裂為幾條波長相差甚微的譜線，在磁場作用下，各條譜線還可以分裂為幾條譜線。（稱為 舊量子理論 ） 微觀粒子究竟有何特征？它的運動規(guī)律究竟如何？是否有固定的軌道和固定的半徑？這些問題量子力學做出了較確切的回答。光的波粒二象性： hvmcE ?? 2?hmcp ?? 與實物相作用的現(xiàn)象（粒子性） 與光的傳播有關的現(xiàn)象（波動性） 光的輻射、吸收、光電效應； 光的干涉、衍射。它們的波長也可以表示為： mvhph ??? —— 德布羅依公式 根據(jù)這一公式，可以算出電子的波長 ( v =106 m?s－ 1) nmsmkg sJ 106 2 10163134?????? ??? ????? 相當于 x射線的波長范圍。他們發(fā)現(xiàn)，當一束電子流以一定速度通過晶體粉末（晶體起光柵的作用）時，在照相底片上出現(xiàn)的不是一個點，而是一系列因電子衍射所產(chǎn)生的明暗交替的同心圓。 這種微觀粒子的波叫德布羅意波，又叫物質(zhì)波。反映的是物質(zhì)的波性，并非儀器精度不夠。 測不準關系是微觀粒子波粒二象性的客觀反映，是對微觀粒子運動規(guī)律認識的深化。 宏觀物體可處于任意的能量狀態(tài)，體系的能量可以為任意的、連續(xù)變化的數(shù)值；微觀粒子只能處于某些確定的能量狀態(tài)，能量的改變量不能取任意的、連續(xù)的數(shù)值，只能是分立的，即量子化的。這時， 17113134 ???? ??????????? smxmhv而電子本身的運動速度數(shù)量級為 106～107 m?s－ 1，速度的測不準量已經(jīng)大大超過了合理的誤差范圍。 二、波函數(shù)與原子軌道 在經(jīng)典物理中宏觀物體的運動狀態(tài)可以根據(jù)經(jīng)典力學的方法，用坐標和動量來描述。用“ Ψ”表示 。 薛定諤方程是微觀粒子的運動方程，是一個二階偏微分方程，是整個量子力學和物質(zhì)結構的基礎。習慣上，人們借用經(jīng)典力