Atomic structure model
枣糕模型
JJ汤姆孙在从阴极射线中发现电子后,提出了原子的枣糕模型:他认为原子如同枣糕一样负电荷均匀分布在带有正电荷的球体内。
问题但是林纳等人发现原子的内部十分空虚,动摇了枣糕模型。
核式结构
The nuclear model of the atom
卢瑟福的学生盖革和马斯顿在
在该模型中,原子的正电荷和质量集中在很小一部分的区域,而带负电的电子则像行星一样不断地绕着带有正电的核旋转。
相较于核式结构,枣糕结构更容易被穿透,因为正电荷的均匀分布使得
意义:明确了原子的内部大致结构,解决了电荷的分布问题。
问题:根据电磁学的基本原理,不断绕核旋转的电子会激发运动的电场、磁场,因而不断向外界辐射电磁波。这样一来电子的的能量会不断变小,其轨道也会不断变低最后坍缩到原子核中。然而现实中我们所观测到的原子都是极其稳定的(即使受到外界干扰通常也能快速恢复到原来的状态),这与理论不符。同时,这个模型也无法解决氢原子光谱的产生原因。
玻尔量子模型
为了解决黑体辐射的紫外灾难,普朗克开创性的提出了量子理论。而玻尔在受到巴尔默的氢原子光谱公式启发后,开创性的将量子理论运用到了卢瑟福的核式结构模型上。
波尔做出了以下假设:
- 经典轨道加定态条件:电子只在固定的特定轨道上运动,且不向外电磁辐射。
- 频率条件:电子可以通过吸收/放出特定频率的光子以进行跃迁,吸收/放出的光子频率由两个能级之间的能量差决定,即
. - 角动量量子化:电子轨道的角动量是量子化的:
.
意义:开创性的提出了量子化的理论,能够很好的解释氢原子光谱,解释了原子的稳定性和再生性;帮助预测了氢的同位素氘的存在。
困难:只能解释氢原子和类氢原子的特性,无法解释其他元素。只能给出氢原子光谱的谱线位置,无法给出谱线强度。只能讨论束缚态,而无法讨论非束缚体系。
近代量子模型
- 微观体系的状态可被一个波函数完全描述,从这个波函数出发可以得出体系的所有性质。波函数一般应满足连续性、有限性和单值性三个条件(唯一性——归一化)。
- 微观体系状态波函数的变化, 满足薛定谔方程.
- 力学量由相应的线性厄米算符表示(态叠加原理)
- 力学量算符之间有确定的对易关系 (不确定关系)
- 全同的多粒子体系的波函数对于任意一对粒子交换而言具有对称性。(泡利不相容原理)