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2011化工工程师考试：无机化学学习方案汇总

一、 核外电子的运动状态

(一)玻尔的氢原子理论

1. 路瑟福(E·Rutherford)有核原子模型：

1911年路瑟福通过粒子散射实验，确认原子内存在一个小而重的、带正电荷的原子核，建立了路瑟福的有核原子模型：原子是由带正电荷的原子核和核周围的带负电荷的电子组成，原子半径约为几百个 pm(lpm=10-12m)，核半径约为几至几十个fm(lfm=10-15m);原子核由带正电荷的质子和电中性的中子组成，质子的质量和中子的质量分别为 l.6724×10-27kg和 1.6749 ×10-27kg，原子核外电子的质量为 9.1096 X 10-31kg，电子质量约为质子质量的 1/1836。

路瑟福的核模型与经典电动力学是相矛盾的。

据经典电动力学，带负电荷的电子围绕带正电荷的原子核高速运动时，应当不断地以电磁波的形式放出能量。原子整个体系每放出一部分能量，电子就必然向核靠近一些，因此最终的结果是电子离核越来越近，落到原子核上，原子将不复存在。但实际情况并非如此，多数原子是可以稳定存在的。此外，原子发射电磁波的频率决定于电子绕核运动时放出的能量，由于放出能量是连续的，因而原子发射电磁波的频率也应当是连续的。但是，试验证明原子的发射光谱是不连续的线状光谱。因此，原子只发射具有一定能量波长的光。

氢原子光谱除了具有线状光谱这一特性外，各谱线的频率(或波长)也存在一定的规律性。

2.玻尔的氢原子理论

玻尔(N.Bohr)在1913年综合了路瑟福的核式模型，普朗克的量子论和爱因斯坦的光子学说，对氢原子光谱的形成和氢原子的结构提出了一个有名的模型-玻尔氢原子模型。

玻尔氢原子模型包含以下基本假设：

(1)定态假设：原子系统只能具有一系列的不连续的能量状态，在这些状态中，电子绕核作圆形轨道运动不辐射也不吸收能量。在这些轨道上运动的电子所处的状态称为原子的定态。能量最低的定态称为基态，能量较高的定态称为激发态。

(2)频率假设：原子由某一定态跃迁到另一定态时，就要吸收或者放出一定频率的光。光的能量hν等于这两个定态的能量差。

hν= E2 — E1

(3)量子化条件假设：电子运动的角动量 L(L=mvr)是不能任意连续变化的，必需等于 h/2π的整数倍。

mvr= nh/2π n = 1，2，3，……

其中m为电子的质量，v是电子运动速度，r是电子运动轨道的半径，h是普朗克常数，n为量子数。

玻尔理论的第一点可用来说明原子的稳定性问题。原子不受激发时，电子处在低能级的轨道上，既不吸收能量也不放出能量。玻尔理论的第二点则可用来说明氢原子光谱的规律性。光谱的不连续来自能级的不连续。

玻尔理论虽然对氢原子光谱得到相当满意的解释，但他不能说明多电子原子的光谱，也不能说明氢原子光谱的精细结构。这是因为它没有摆脱经典力学的束缚。虽然引入了量子化条件，但仍将电子视为有固定轨道运动的宏观粒子，而没有认识到电子运动的波动性，因此不能全面反映微观位子的运动规律。

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