1.1氢原子结构模型
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知识点01氢原子光谱和玻尔原子结构模型
光谱
每种原子都有其特征谱线，氢原子的光谱为分立谱。
经典电磁理论解释氢原子光谱的困难之处:核式结构解释了α粒子大角度散射，但无法解释原子的稳定性核原子光谱的分析性。太阳系模型的原子结构，电子绕原子核旋转时，会发射电磁波，这样导致原子光谱是连续的，同时由于电子旋转不断发射电磁波，会导致原子系统的动能和势能减少，电子就是不断降低旋转轨道的半径，最终会撞向原子核，也就是原子会塌缩，原子式不稳定的。这与实验中原子光谱的分立谱和原子的稳定性相矛盾。
（1）原子中的电子只能在某些确定半径的圆周轨道上绕原子核运动。电子在这些轨道上绕核运动时既不吸收能量也不辐射能量，这些轨道称为定态轨道。
（2）在不同定态轨道上运动的电子具有不同的能量（E），而且能量是量子化的，即轨道能量是“一份一份”地增加或减少的。轨道能量与n值有关。n的取值为正整数1、2、3、……、∞，n值越小，电子离核越近，能量就越低；反之能量就越高。一般把原子能量最低的电子状态称为基态。对氢原子而言，当核外的一个电子处于n=1的轨道时能量最低，这个状态称为氢原子的基态；当这个电子跃迁至n1的轨道上运动时，这些状态称为氢原子的激发态。
（3）电子在不同能量的两个轨道之间发生跃迁时，才会辐射或吸收能量。如果电子从高能量的轨道跃迁回到低能量轨道，就会以光的形式释放出这些能量，光辐射的波长（λ）与两个轨道的能量差（ΔE）有关。
（4）由于轨道的能量是不连续的，因此不同轨道之间的能量差是不连续的，导致光辐射的波长也是不连续的。氢原子光谱在可见光区中的4条谱线，就是电子分别从n=3，4，5，6的轨道跃迁回到n=2的轨道时释放的能量所形成的。
【即学即练1】以下各项中，利用玻尔原子结构模型可以较好地解释的是
A．氢原子光谱为线状光谱
B．氢原子的可见光区谱线
C．在有外加磁场时氢原子光谱有多条谱线
D．在高分辨钠原子光谱中的靠得很近的两条黄色谱线
【答案】A
【解析】玻尔理论是针对原子的稳定存在和氢原子光谱为线状光谱的事实提出的。有外加磁场时氢原子有多条谱线，玻尔的原子结构模型已无法解释这一现象，必须借助量子力学加以解释。玻尔理论中只引入一个量子数n，只能解释氢原子光谱是线状光谱，若要解释更复杂的原子光谱，需引入更多的量子数。
知识点02氢原子的结构模型
原子轨道
量子力学里，把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。此处轨道的含义与玻尔原子结构模型中轨道的含义完全不同，它既不是圆周轨道，也不是其他经典意义上的固定轨迹。
电子运动的空间离核的远近是不同的。人们用n表示电子层数，n相同的原子轨道称为一个电子层，n的取值为正整数1、2、3、4、5、6、7……。一个电子层也叫做一个能层，和n=1，2，3，4，5，6，7，……的电子层相对应的能层符号分别用K、L、M、N、O、P、Q……表示。n=1时，K层的电子离核最近，电子运动状态的能量最低；n越大，表示电子离核越远，电子运动状态的能量越高。
电子云
电子在核外空间一定范围内出现，好像带负电荷的云雾笼罩在原子核的周围，我们形象地称它为“电子云”。在电子云示意图中，小黑点表示电子出现的次数(注意：小黑点不表示电子数），小黑点的疏密（电子云密度)表示电子出现机会的多少。
电子层
根据电子的能量高低和运动区域离核的远近，分为七个电子层，电子层符号为n
电子亚层
在同一电子层中，电子的能量还稍有差别，电子云的形状也不相同，所以又把一个电子层分成一个或几个亚层，分别用s、p、d、f等符号表示。
s电子云为球形，P电子云为哑铃形……它们均以原子核为对称中心。每个电子层所含亚层数不等，K电子层只有一个S亚层(1s)，L电子层有s、P两个亚层(2s、2p)，M电子层有s、p、d三个亚层(3s、3p、3d)，N电子层有s、p、d、f四个亚层(4s、4P、4d、4f)。在同一个电子层，亚层电子的能量是按s、p、d、f的次序递增的。电子的能量是由电子层和电子亚层共同决定的。
电子云伸展方向
电子云不仅有确定的形状，而且有一定的伸展方向。s电子云是球形对称的，一种伸展方向，P电子云有三种伸展方向，d电子云有五种伸展方向，f电子云有七种伸展方向。把在一定的电子层上，具有一定形状和伸展方向的电子云所占据的空间称为一个轨道。
电子自旋
电子自旋有两种状态，相当于顺时针和逆时针两种方向。每个轨道最多容纳两个电子。同一轨道中的两个电子称成对电子，若一个轨道中只有一个电子，该电子被称为单电子。