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能层与能级、基态与激发态、原子光谱
第一章 原子结构与性质
1.了解有关核外电子运动模型的历史发展过程，认识核外电子的运动特点。
2.了解核外电子的运动状态,知道原子核外电子的能层分布、能级分布及其能量的关系。
3.了解电子运动的能量状态具有量子化的特征(能量不连续),知道电子可以处于不同的能级,在一定条件下会发生激发与跃迁。
1803年
道尔顿
1904年
1911年
1913年
1926～1935年
汤姆孙
卢瑟福
波尔
薛定谔
提出原子
确认电子
实心球模型
葡萄干面包模型
行星式模型
分层模型
现代电子云模型
提出电子分层运动
提出电子没有确定轨道
确认原子核
发现质子
预测中子
人类认识原子的历史是漫长的，也是无止境的。












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原子核
核外电子
原子
质子(Z)
中子(N)
X
A
Z
质量数(A)＝质子数(Z)＋中子数(N)
决定元素的种类
决定原子的种类
最外层电子数决定元素的化学性质
核电荷数（z）= 核内质子数= 核外电子数=原子序数
电子数=原子序数±电荷数
丹麦物理学家玻尔
（N.Bohr,1885~1962)
玻尔模型
构造原理：即从氢开始，随核电荷数递增，新增电子填入原子核外“壳层”的顺序，电子只能在原子核外具有特定能量的“壳层”中运动。由此开启了用原子结构解释元素周期律的篇章。
5年后，玻尔的“壳层”落实为“能层”与“能级”，厘清了核外电子的可能状态，复杂的原子光谱得以诠释。
1936年，德国科学家马德隆发表了以原子光谱事实为依据的完整的构造原理。
波尔原子模型
电子层
一、能层与能级
1.能层
（1）概念：
多电子原子的核外电子的能量是不同的，按电子的能量差异，可将核外电子分成不同的能层。（K、L、M、N、O、P、Q等）
电子层
能层
能层越高，电子的能量越高
（2）表示方法及各能层最多容纳的电子数
能层 一 二 三 四 五 六 七 n
符号 K　 L　 M　 N　 O P Q —
最多电子数 2 8　 18 32 50 72 98
原子核外电子总是尽可能先排布在能量较低的能层上，然后由内向外依次排布在能量逐渐升高的能层。
能层越高,电子的能量越高。E(K)①能量规律
②数量规律
=2×12
=2×22　
=2×32
=2×42
=2×52
=2×62
=2×72
2n2
每层容纳的电子数不超过2n2（n为能层序数）
原子最外层电子数目不能超过8个(K层为最外层时不能超过2个电子)。次外层电子数目不超过18个(K层为次外层时不能超过2个)，倒数第三层电子数目不超过32个。
(1) 多电子原子的同一能层电子的能量不同，分为不同的能级。
(2) 表示方法：分别用相应能层的序数和字母s、p、d、f 等表示。
2. 能级
(3)能层、能级与容纳电子数
能层 K L M N 最多电子数 能级 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f
最多电子数
2 8 18 32
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
①任一能层的能级总是从s能级开始，能级符号的顺序是ns、np、nd、nf......(n为能层序数)。
能级数=能层序数。即第一能层只有1个能级(1s)，第二能层有2个能级(2s和2p)，依次类推。
②以s、p、d、f.....排序的每个能级最多可容纳的电子数依次为自然数1、3、5、7……的2倍。每一能层中最多容纳的电子数为2n2(n代表能层序数)。
③不同能层中符号相同的能级所容纳的最多电子数相同。
思考与讨论
能层中的能级数=能层序数
能层最多容纳电子数=2n2
2、6、10、14
相同
能 级 5s 5p 5d 5f 5 总数
最多电子数
50
2 6 10 14 18 50
1.一个能层的能级与能层序数（n）间存在什么关系？一个能层最多可容纳的电子数与能层序数（n）间存在什么关系
2.以s、p、d、f、为符号的能级分别最多可容纳多少电子？3d、4d、5d能级所能容纳的最多电子数是否相同？
3.第五能层最多可容纳多少电子？它们分别容纳在几个能级中？各能级最多容纳多少个电子？（注：高于f的能级不用符号表示。）
③能层离核越近能量越低。（ ）
④同一能层的电子能量一定相同。（ ）
②各能级(s、p、d、f ……)上所能容纳的电子数依次为1、3、 5 、7…… 的2倍。（ ）
①原子核外电子按能量不同分为不同的能层，同一能层又按能量不同分为不同的能级。（ ）
⑤同一原子中，同一能层同一能级的电子能量一定相同。（ ）
⑥第 能层最多能容纳的电子数为 ，所以钠原子的第三能层填有18个电子（ ）
1、判断正误
2.在同一个原子中，M能层上的电子与Q能层上的电子的能量( )
A．前者大于后者 B．后者大于前者
C．前者等于后者 D．无法确定
B
3.以下能级符号正确的是（ ）
A、6s B、2d C、3f D、7p
4.若n=3，以下能级符号错误的是（ ）
A．n p B．n f C．n d D．n s
AD
B
5.下列各电子能层中，不包含 d 能级的是 （ ）
A、N能层 B、M能层 C、L能层 D、K能层
CD
什么是“光”？什么是“光谱”？
光
光是一种电磁波，
不同波长的光具有不同能量 E＝hυ ， υ＝c/λ
光谱
复色光经过色散系统（如棱镜）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案。
由各种波长的光所组成，且相近的波长差别极小而不能分辨所得的光谱。如：阳光。
连续光谱
氢原子的线状光谱
太阳光的连续光谱
各种波长差别极小而不能分辨
特定波长、彼此分离
二、基态与激发态 原子光谱
1、能量最低原理
原子的电子排布遵循能量最低原则使整个原子的能量处于 状态
最低
2、基态原子与激发态原子
原子
基态原子（稳定）
激发态原子（不稳定）
处于最低能量
处于较高能量
吸收能量
释放能量
E0
E1
E2
E3
En
激发态能级
基态能级
吸收能量
电子跃迁
释放能量
电子跃迁
光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式，一般是能量相近的能级间发生电子跃迁。光的波长可用两个轨道的能量差计算。
光
不同元素的原子，电子发生跃迁时会吸收或释放不同的光，可以用光谱仪摄取各种元素原子的吸收光谱或发射光谱，总称原子光谱。
3.原子光谱
基态原子
激发态原子
吸收能量
释放能量
形成吸收光谱
形成发射光谱
电子跃迁
4、发射光谱与吸收光谱对比
特征：暗背景，彩色亮线，线状不连续
特征：亮背景，暗线，线状不连续
发射光谱
吸收光谱
Li
He
Hg
同种元素发射光谱中的彩色亮线与吸收光谱中的暗线处于相同位置。
某些波长的光被释放
来源于光源
某些波长的光被吸收
5、原子光谱的应用
(1)发现新元素
如：铯（1860年）和铷（1861年），其光谱中有特征的篮光和红光。
1868年科学家们通过太阳光谱的分析发现了稀有气体氦。
在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析。
5、原子光谱的应用
(2)检验元素
焰色试验
_______变化
物理
基态原子吸收能量，电子从基态跃迁到激发态后，电子从较高能量的激发态跃迁到较低能量的激发态乃至基态时，将能量以光的形式释放出来。
焰色试验属于发射光谱
(3)焰火、激光、荧光、LED灯光
光(辐射)是电子释放能量的重要形式之一。焰火、霓虹灯光、激光、荧光、LED 灯光等都与核外电子跃迁释放能量有关。
霓虹灯管中装载的气体不同，在高压的激发下发出的光的颜色就不同。
基态Ne原子
激发态Ne原子
在电场的作用下
电子跃迁到较高能级
很快又会以光的形式释放能量
跃迁到较低能级
光的波长恰好位于可见光区域中的红色波段，所以看见红色光。
科学史话：离散的谱线
1814年，德国物理学家夫琅禾费发明了分光镜并用来观察太阳光，发现在太阳光谱中有570多条黑线（现知几千条），后人称之为夫琅禾费线。
1859年,德国科学家本生 和基尔霍夫发明了光谱仪，证实了夫琅禾费线实质上是原子的吸收光谱，并一一找到对应的元素。例如，被夫琅禾费标记为 D 的双线源自钠（如图)，后人称为钠双线
科学史话：离散的谱线
原子光谱为什么是离散的谱线而不是连续的呢？
1913年，玻尔创造性地假设，被束缚在原子核外的电子的能量是量子化的，只能取一定数值，称为定态，而原子光谱的谱线是不同定态的电子发生跃迁产生的，因而是离散的而不是连续的谱线。
1925年，德国科学家洪特解释了复杂光谱，得出了过渡元素（包括铬和铜等）的光谱学基态原子的电子排布，为构造原理的确立奠定了基础
1、判断正误
(1)光(辐射)是电子跃迁释放能量的重要形式之一(　　)
(2)霓虹灯光、激光、萤光都与原子核外电子跃迁吸收能量有关(　　)
(3)产生激光的前提是原子要处于激发态(　　)
(4)同一原子处于激发态时的能量一定高于基态时的能量(　　)
电子层 能级数 能级类型 原子轨道数 可容纳电子数
1 1 1s 1（1s） 2
2 2 2s、2p 4（2s、2Px、2Py、2Pz） 8
3 3 3s、3p、3d 9 (3s、3Px、3Py、3Pz、3d) 18
4 4 4s、4p、4d、4f 16 32
n n n2 2n2
一、 能层与能级
二、基态与激发态 原子光谱
基态原子
激发态原子
吸收能量
释放能量
形成吸收光谱
形成发射光谱
电子跃迁

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