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    能级(Energy level)

     

     

    能级理论是一种解释原子核外电子运动轨道的一种理论。现代量子物理学认为原子核外电子的可能状态是不连续的,电子只能在特定的、分立的轨道上运动,各个轨道上的电子具有分立的能量,这些能量值即为能级。电子可以在不同的轨道间发生跃迁,电子吸收能量可以从低能级跃迁到高能级或者从高能级跃迁到低能级从而辐射出光子。氢原子的能级可以由它的光谱显示出来。

    1 能级示意图

    背景

    19世纪末20世纪初,人类开始走进微观世界,物理学家提出了许多关于原子机构的模型,这里就包括卢瑟福的核式模型。核式模型能很好地解释实验现象,因而得到许多人的支持;但是该模型与经典的电磁理论有着深刻的矛盾。

    按经典电磁理论(19世纪末以前建立的物理学通常叫做经典物理学),电子绕核转动具有加速度,加速运动着的电荷(电子)要向周围空间辐射电磁波,电磁波频率等于电子绕核旋转的频率,随着不断地向外辐射能量,原子系统的能量逐渐减少,电子运动的轨道半径也越来越小,绕核旋转的频率连续增大,电子辐射的电磁波频率也在连续地变化,因而所呈现的光谱应为连续光谱。

    由于电子绕核运动时不断向外辐射电磁波,电子能量不断减少,电子将沿螺旋形轨迹逐渐接近原子核,最后落于核上,这样,原子应是一个不稳定系统。

    实验事实:

      原子具有高度的稳定性,即使受到外界干扰,也很不易改变原子的属性;且氢原子所发出的光谱为线状光谱,与经典电磁理论得出的结论完全不同。

      丹麦物理学家尼·玻尔于1913年提出了自己的原子结构假说,认为围绕原子核运动的电子轨道半径只能取某些分立的数值,这种现象叫轨道的量子化,不同的轨道对应着不同的状态,在这些状态中,尽管电子在做高速运动,但不向外辐射能量,因而这些状态是稳定的。原子在不同的状态下有着不同的能量,所以原子的能量也是量子化的。

      能级取决于原子的电子组态,此外还取决于原子内相互作用的耦合类型,在LS耦合情形下,总轨道角动量、总自旋和总角动量的量子数LSJ都是好量子数,能级标记为一定的符号。

    例如:

    氦原子某能级符号表示为1s2p3P2,其中左边部分1s2p为电子组态,大写拉丁字母分别对应于L=0123、…的拉丁字母SPDF、…,左上角的数值为2S+1,表示多重态的重数,右下角的数值是J值。在磁场中原子磁矩与磁场的相互作用导致能级分裂,还须用相应的磁量子数分别予以标记。

     

    氢原子能级

    ①能级公式:E(n)=E(1)/n^2,氢原子基态能级E(1)=-13.6ev

    ②半径公式:r(n)=n^2*r(1),在氢光谱中,n=2,3,4,5,…向n=1跃迁发光形成赖曼线系,n=3,4,5,6…向n=2跃迁发光形成巴耳末线系,n=4,5,6,7…向n=3跃迁发光形成帕邢线系,n=5,6,7,8……向n=4跃迁发光形成布喇开线系,其中只有巴耳末线系的前4条谱线落在可见光区域内。

    相关:

    ①基态

    在正常状态下,原子处于最低能级,电子在离核最近的轨道上运动的定态称为基态.

    ②激发态

    原子吸收能量后从基态跃迁到较高能级,电子在较远的轨道上运动的定态称为激发态.

    ③一个氢原子处于量子数为n的激发态时,可能辐射出的光谱线条数为:

    N=n-1

    ④一群氢原子处于量子数为n的激发态时,可能辐射出的光谱线条数为:

    N=n(n-1)/2

    辐射出的光的频率vhν=EE 决定,其中h为普朗克常量.

     

     

    原子分子数据库收集整理。

     

    参考文献:

    [1] 互动百科,http://www.baike.com

    [2] 百度百科,http://baike.baidu.com

     

     

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