当前课程知识点：大学化学 > 第三章 原子结构与元素周期律 > 3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型 > Video
同学们好
下边我们开始学习
核外单电子运动的量子化模型
在上一节当中
我们从原子论的建立
跟大家介绍了
人们对于原子结构的认识
怎么样从阴极射线
到卢瑟福的金箔
透射和反射实验
人们找到了
电子的质量和电子的带电
电量之间的关系
同时也了解了
电子和原子核之间
相对尺寸的比例
以及在空间的几何位置的关系
但是
电子真的像我们的行星一样
绕着恒星
在进行这样的固定轨道上旋转吗
人们对于这样的实验
一直没有找到正确的答案
接下来
人们在光谱实验当中发现了
对于核外电子运动规律
了解的突破口
要了解这个问题
首先我们一起来回忆一下
在中学物理学上
老师给我们介绍的
光谱的分光实验
把一束白炽光
通过狭缝以后
再通过我们的棱镜
就可以分解成连续的波谱
在可见光波段
我们可以看到
整个的颜色
可以从紫的一端到红的一端
连续的变化
这样的规律就告诉我们
白炽光实际上是由
波长连续变化的多个组成部分
所组成的这样的一个
多频带的光谱
进一步对光谱的研究
瑞士科学家
在研究特殊的氢光谱
它的发射波长与
发射频率之间的关系时
提出了巴尔默模型
这个模型
就与我们的可见光的分光实验
非常相似
但不同的是
人们对于氢原子发光
通过棱镜折射以后
发现在屏幕上
不再是一个可见光波段的
从紫到红色的连续的光谱
而是仅仅发现了α、β、γ和δ
四个波长的这样的一个
可见光的波长
为了解析这些波长
他们彼此之间的相互关系
巴尔默利用他强大的数学功底
提出了巴尔默模型
这个模型指出了
在氢的发射光谱当中
波长与相关的量子数
以及巴尔默常数之间的物理关系
利用这个公式
我们可以找到
这四个可见光波段的
不同的波长
它们只是因为
我们取得m是3、4、5、6
就可以来获得
相应的波长的变化规律
从而也证实了
这四条波长
都是由同一个氢原子
或者是同一类的氢原子
所发射出来的
它们内部具有某种内在的联系
但是接下来
人们在对于白矮星的
氢发射光谱的研究当中
又发现了第五条ε
这条光谱的出现
使得巴尔默模型的解析
遇到了困难
那么这条波谱
也为人们揭开
氢原子核外的电子的运动规律
找到了新的突破口
接下来
在十九世纪末
里德堡利用物理学的知识
解决了巴尔默公式当中
难以解决的第五条
氢原子发射光谱的波长的问题
这里他引入了一个新的参数
被称为氢原子的里德堡常数
他把巴尔默公式当中
两个相互之间的关系的量子数
进行了进一步的优化
从而使得
我们在n1保持不变的情况下
n2可以取3、4、5、6、7
那么就可以完美的解释
我们从地球上实验当中的
四条可见光的波长
以及从白矮星当中
发现的第五条可见光的波长
它们都属于氢原子
它的核外电子所发射出来的
特殊的可见光的波长
但是这样的研究
对于氢原子
它的发光光谱解释
也许是成功的
但是究竟为什么氢原子
它的核外电子会发出
受激条件下的
这样的可见光的波长呢
里德堡和巴尔默
都没有给出形象的物理模型
在总结两位前人的工作基础上
二十世纪初
丹麦科学家玻尔
提出了针对氢原子的核外电子
它的运动规律的量子化模型
玻尔理论首先认为
原子内的电子
是沿特定轨道绕核运转的
这点继承了里德堡
关于行星模型的理论基础
但是不同的是
玻尔认为的绕核运转
电子是处在不同的轨道上
这些轨道离核的距离
有近 有远
之所以会这样分布
是因为它们
是按照不同的能级来分布的
也就是
电子所带的能量是不同的
玻尔模型给出的数学关系
我们会发现
原子绕核运行的轨道的半径
与原子的原子序数
以及我们的主量子数之间
有这样的数学关系
特别值得指出的是
这里有一个基本的参数
我们称为玻尔半径
也就是说
对于n=1的电子轨道半径
对于氢原子来讲
它有一个特殊的尺寸
是52.9pm
这是玻尔在总结了
大量的关于物理和数学模型的
研究基础上
最后给出来的经典的
氢原子核外的
电子的运动半径的基本参数
此外
玻尔模型还认为
虽然核外电子
可以在不同的能量轨道上运转
各能量之间的间隔并不是连续的
而是量子化的
这就为轨道能量的量子化
奠定了理论基础
原子中
电子处在各个能量的
轨道当中运动
每个电子在自己的轨道当中
都被赋予了特定的能量
而每一个特定的能量
都对应于一个特定的轨道
根据能量与原子序数
和量子数之间的关系
玻尔给出了
电子的能量与
里德堡的能量单位
以及原子序数和量子数
之前的数学关系
这当中
特别值得我们注意的是
电子的能量
实际上是
与它的原子序数和量子数
直接相关的
我们可以看到
对于氢的原子来讲
它的核外只有一个电子
这时候
它的原子序数是1
它的主量子数是1
这样的情况下
氢的核外电子的能量
当主量子数为1的时候
是-13.6eV
像氢原子的玻尔半径一样
氢原子核外的主量子数为1的
这样一个电子轨道的能量
也是我们研究
原子核外电子运动规律的
一个重要参数
同时玻尔认为
虽然核外电子
由于它们的能量不同
处在低能量和高能量
不同的轨道上
绕核运转
但是处在不同轨道上
具有不同能量的电子
当它们吸收或者释放出
一定的能量时
它可以从高能量的轨道
转移到低能量的轨道
当然 也可以相反
从低能量的轨道
转移到高能量的轨道
这样的能量的吸收和放出
为电子在不同轨道当中的跃迁
提供了可能
接下来玻尔研究了
在不同的能量轨道之间
产生跃迁时
电子能量的变化状态
他发现
在不同的轨道之间
产生跃迁时
电子的能量状态的变化
与普朗克常数和频率
有直接的关系
那么
玻尔模型就成功地给出了
在不同的轨道之间跃迁时
电子的能量状态变化
与量子数之间的关系
从而为人们了解
核外电子的运动状态
它的轨道的能量的量子化
建立了一个形象的数学模型
利用玻尔模型
我们可以成功地解释
为什么氢光谱当中
会出现在可见光波段的
从α到ε之间
出现了五条不同波长的
可见光的光谱
玻尔认为
出现这五条
不连续的可见光光谱的
直接原因是
由于氢原子核外的电子
从主量子数为3、4、5、6和7
这样的轨道跃迁至
主量子数为2的轨道时
所释放出来的
对应的波长的光谱
由于轨道的能量是不连续的
所以我们的可见光的光谱
它的波长也是不连续的
那么如果
当我们氢原子核外的电子
从主量子数为2、3、4、5、6、7
这样的轨道跃迁到
主量子数为1的轨道时
将会出现紫外辐射
在紫外区
同样会出现一系列
我们不易察觉的
不连续的波长的辐射
而当主量子数
从较高的能级状态跃迁到
主量子数大于等于3的
能级轨道时
出现的辐射将会集中在红外区域
玻尔模型成功地解析了
氢原子发光光谱
处在可见光波段的不连续
和处在紫外区和红外区的
不连续的波长
从而为人们揭开
氢原子核外电子的运动状态
以及建立成功的
量子化的模型
奠定了理论和实验基础
玻尔模型为我们揭开
氢原子核外单电子
在吸收和释放能量产生跃迁时
所产生的不连续光谱的
发光特性
但是这一理论
虽然可以解释
具有单电子的原子
在受激辐射当中
所产生的光谱
比如说
像我们的一价的氦离子
二价的锂离子
以及三价的铍离子
以及正五价的碳离子等等
但是
当原子核外有多个电子
以不同的能量状态
在绕核运转时
如果这样的原子受到激发
它的发射光谱
将变得更为复杂
这时候用玻尔模型来解释
它们的能量变化状态
就显得力不从心
同时 进一步地研究
人们发现
在原来已知的
在可见光波段的
这样的五条谱线当中
如果人们分析
它的每一条谱线的精细结构
还会发现
实际上
原来认为是单一波长的谱线
实际上是由多条频率相近
波长相似的
可见光所组成的
这就是
氢原子光谱的精细结构
我们也没有办法
用经典的玻尔理论
来进行满意的解释
这个现实就要求人们
需要用更加深刻的
理论阐述和实验依据
来解释我们的多电子的
原子的发射光谱
来为我们后续研究
原子核外电子运动的
量子化模型的建立
找到新的实验证据和理论基础
有关这部分内容
我们在下节课
将给大家继续介绍
-1.1 不一样的大学化学
--Video
-1.2 化学体系的建立
--Video
-1.3 应该了解的化学
--Video
-1.4 课程学习的必要准备
--Video
-第一章 绪论--第一章 习题
-2.1 物质的聚集状态—物质的相与相变
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—理想气体与实际气体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—气体—实际气体的状态方程
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—单晶多晶与非晶结构；晶体的宏观性质
--Video
-2.1 物质的聚集状态—固体—晶体的对称性
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子体
--Video
-2.1 物质的聚集状态—液晶
--Video
-2.1 物质的聚集状态—等离子、液晶与平板显示技术
--Video
-2.2 溶液的性质—溶液的特点与分类
--Video
-2.2 溶液的性质—气体、液体和固体的溶解
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—饱和蒸气压降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—稀溶液的沸点升高
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—溶液的凝固点降低
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性— 溶液的渗透压
--Video
-2.2 溶液的性质—非电解质稀溶液的依数性—反渗透现象
--Video
-第二章 物质的聚集状态与溶液的性质--第二章习题
-3.1原子核外电子运动的描述-原子结构理论的发展
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-核外单电子运动的量子化模型
--Video
-3.1原子核外电子运动的描述-电子运动的特点
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道- 电子运动的波函数与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-量子数的取值与原子轨道
--Video
-3.2电子运动的波函数与原子轨道-自旋量子数的取值原则
--Video
-3.3核外电子排布-多电子原子核外电子运动的描述
--Video
-3.3核外电子排布-基态原子核外电子的排布
--Video
-3.4元素周期律-元素周期律与元素周期表
--Video
-3.4 元素周期律-元素性质的周期性
--Video
-3.4元素周期律-电子结构与元素性质
--Video
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 小论文
-第三章 原子结构与元素周期律--第三章 习题
-4.1 离子键理论—离子键理论
--Video
-4.1 离子键理论—离子键价键构型
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-4.1 离子键理论—离子半径与离子晶体的结构
--Video
-4.2 共价键理论—经典路易斯理论
--Video
-4.2 共价键理论—现代价键理论
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-4.2 共价键理论—共价键的性质
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道的理论要点
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-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（一）
--Video
-4.3 杂化轨道理论—杂化轨道类型（二）
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-4.3 杂化轨道理论—不等性杂化轨道理论
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）I
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-4.4 价层电子对互斥理论（VSEPR）II
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道的建立
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-4.5 分子轨道理论-分子轨道能级图
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-4.5 分子轨道理论-异核双原子分子和离子
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-4.6 分子间作用力-分子的极性
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-4.6 分子间作用力-分子间作用力
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-4.7 氢键
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-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 小论文
-第四章 分子结构与化学键理论--第四章 习题
-5.1 配合物的基本特征-配合物的形成
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-5.1 配合物的基本特征-配合物的命名规则
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-5.2 配合物的化学键理论-配位学说
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-5.2 配合物的化学键理论-配合物价键理论
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-5.2 配合物的化学键理论-晶体场理论
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-5.3 配合物化学键理论的应用-配合物的几何异构现象
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（一）
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-5.3 配合物化学键理论的应用晶体场理论的应用（二）
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-第五章 配位化学概论--第五章 习题
-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-化学热力学基本概念(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-热力学第一定律
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-恒温与恒压热效应(二)
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-6.1化学反应中的能量变化-反应进度
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-热化学方程式与盖斯定律(二)
--Video
-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(一)
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-6.1化学反应中的能量变化-标准摩尔反应热的计算(二)
--Video
-6.2 化学平衡-可逆反应与平衡常数
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-6.2 化学平衡-化学平衡的规则
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-第六章 化学反应中的能量变化与化学平衡--第六章 习题
-7.1 自发过程与自发反应（一）
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-7.1 自发过程与自发反应（二）
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵
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-7.2 熵与热力学第二定律—熵与Entropy
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-7.2 熵与热力学第二定律—热力学第二定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—热力学第三定律
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-7.3 热力学第三定律与与孤立系统熵判据—孤立系统熵判据
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（一）
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-7.4 吉布斯自由能判据-吉布斯自由能（二）
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-7.4 吉布斯自由能的判据—标准吉布斯自由能的计算
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-7.4 吉布斯自由能的判据—反应方向的标准吉布斯自由能判据
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-7.4 吉布斯自由能的判据—非标准状态下自发反应方向性的判据
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-7.4 吉布斯自由能判据—吉布斯-亥姆霍兹方程
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—勒夏特列原理与化学反应的方向（二）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（一）
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-7.5 化学反应方向的影响因素—温度、压力对化学反应方向的影响实例（二）
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-第七章 化学反应的方向--第七章 小论文
-第七章 化学反应的方向--第七章 习题
-8.1 化学反应速率-化学反应的方向与反应速率
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-8.1 化学反应速率-化学反应速率的表示方式
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（一）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应的速率方程的建立（二）
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-一级反应速率方程
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-8.2 化学反应的速率方程-化学反应级数与速率方程-二级反应速率方程
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-温度对化学反应速率的影响
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-碰撞理论（二）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（一）
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-8.3 浓度和温度对化学反应速率的影响-过渡态理论（二）
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-8.4 催化剂对化学反应速率的影响
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-第八章 化学动力学基础--第八章 习题
-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（一）
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-9.1 酸碱平衡—酸碱定义（二）
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-9.1 酸碱平衡—水的解离平衡
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（一）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（二）
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-9.1酸碱平衡—弱酸、弱碱的解离平衡（三）
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-9.1 酸碱平衡—同离子效应
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（一）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（二）
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-9.1 酸碱平衡—缓冲溶液（三）
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-9.2 配位平衡—配合物的解离平衡
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-9.2 配位平衡—配合物解离平衡的移动
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积常数
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（一）
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-9.3 沉淀溶解平衡—溶度积规则（二）
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-第九章 酸碱平衡与沉淀溶解平衡--第九章 习题
-10.1 氧化还原反应方程式配平
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-10.2 原电池与电极电势—原电池
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（一）
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-10.2 原电池与电极电势—电极电势（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（一）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电池电动势的影响（二）
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-10.3 影响电极电势的因数—能斯特方程—浓度或分压对电极电势的影响
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应的方向性
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-10.4 电极电势的应用—判断元素的氧化还原能力
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-10.4 电极电势的应用—判断氧化还原反应进行的程度
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（一）
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-10.4 电极电势的应用—元素电势图及其应用（二）
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-10.4 电极电势的应用—金属的电化学腐蚀与防护
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-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 小论文
-第十章 氧化还原反应与电化学基础--第十章 习题
-无机元素化学-s区元素
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-无机元素化学-p区元素
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-无机元素化学-过渡元素
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-生命化学概论-生命有机化合物官能团
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-生命化学概论-生命元素-碳
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-生命化学概论-生命元素-氧
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-生命化学概论-蛋白质
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-生命化学概论-核酸
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-生命化学概论-糖
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-生命化学概论-金属酶与金属蛋白
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-生命化学概论-药物
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-第十一章 元素与生命化学概论--第十一章 习题
-纳米科学与化学-自然界中的纳米现象
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-纳米科学与化学-微观结构与仿生
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-纳米科学与化学-纳米结构的观察
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-纳米科学与化学-纳米结构与特殊浸润性
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-化学与材料-材料科学领域中的化学问题
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-化学与材料-正渗透与水处理技术
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-化学与材料-相变材料（一）
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-化学与材料-相变材料（二）
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-化学与材料-范德华力与二维材料
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-第十二章 化学与现代科学--第十二章 习题
-大学化学期末考试
