化学之窗-全国高中化学领军公众号
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这个原因是不知道当时看到的最低能级是不是最低的,所以从中间命名,万一命名了A,但不是最低的咋办,大致是这样的,当年尝试用x射线去攻击原子,然后不同的元素会得到不同的特征谱线,谱线产生的原因是因为内层电子被x射先敲掉留下空位,然后外层电子跃迁回去发出的对应能量的光。
如果敲掉了最里层的电子,那么就会有能量最高的谱线放出来。但当年不确定最高能量谱线对应的是不是最低能级,所以就从中间开始命名,把探测到的最低能级从K编号为了预留空位给未发现的电子层。
做圆周运动,既不放出能量,也不吸收能量,处于稳定的状态;第二,当电子由一个定态跃迁到另一个定态时,会吸收或发射一定频率的光子。根据这两个假设,Bohr以氢原子为例,计算得出了氢原子的Rydberg常数的数值(Rydberg常数是指当一个电子以某种方式从一个定态向另一个定态跃迁时,原子就会吸收或发射光子。里德堡常数指原子从基态激发的最小能量对应的波数),与实验数值高度吻合。但当该模型应用到多电子体系时,实验数值和计算数值就相差很大,因此说明Bohr提出的原子结构模型存在较大局限,其原因有:首先,该模型将电子看做绕核做圆周运动,而众所周知,圆周运动符合经典力学,但电子等微观体系属于量子力学的范畴,二者存在了交叉;其次,根据经典电磁理论,该模型将电子看做绕核做圆周运动,会导致电子不断辐射能量,这与假设中的“既不放出能量,也不吸收能量”相悖。但Bohr提出的原子结构模型也有其贡献,贡献之一就是解释了经典电磁理论所不能解释的:氢原子光谱线是不连续的、有规律性的光谱线。用现代量子物理学解释即:原子核外电子的可能状态是不连续的,因此各状态对应能量也是不连续的,而这些能量值就是能级。虽然Bohr从理论上最先提出了能级的概念,但从根本上突破能级的实质及其所代表的含义要归根于量子力学的提出。
前文提及,Bohr的原子结构模型具有一定局限,究其原因,是因为Bohr当时并未意识到电子具有波粒二象性。在此基础上,奥地利物理学家Schrödinger在Heisenberg、Bohr、Dirac、Planck等科学家的基础上,提出了Schrödinger方程,利用波函数描述电子的原子核外的运动状态,开启了量子力学的篇章。而由波函数解得的量子数之一——角量子数对应的则是能级了,此即能级的本质及其代表的含义。
来到第二个问题,为什么能级符号要以s、p、d、f命名,而不是以a、b、c、d命名呢?原因在于,能级的提出与光谱学事实相关,所以科学家利用光谱学符号加以命名,科学家在分析了大量元素的原子光谱后,对原子光谱进行了归类,分为四系,即Sharp、Principal、Diffuse和Fundamental,故用系名的首字母对能级进行命名,即s、p、d、f。
在化学中,能级字母s、p、d、f是按照特定规则排列的。这些字母源于光谱研究,s代表sharp(尖锐),p是principal(主要),d代表diffuse(分散),f是fundamental(基础)。在能级系统中,字母排列顺序遵循字母表顺序,随后的能级从g开始,接着是h,i,j,以此类推。
每个能级字母代表特定的角量子数,这是描述原子轨道形状的一个量子数。s轨道的角量子数为0,意味着它们形成球形分布。p轨道的角量子数为1,形成类似哑铃形状的分布。d轨道的角量子数为2,它们的分布更加复杂,包含四个主要部分。f轨道的角量子数为3,它们的分布甚至更为复杂,包含九个主要部分。随着能级字母的进一步发展,如g、h、i、j等,它们代表的角量子数依次增加,轨道形状和分布变得更加复杂。
能级字母s开始,每个字母都代表了原子能级结构的一个特定层次。s能级是最低的能量层次,随后是p、d、f等能级,这些能级的顺序是基于它们的能量高低排列的。能量层次越高,原子轨道的能量也越高,相应地,原子在较高能级的电子比在较低能级的电子更难以激发。因此,s、p、d、f能级按照特定的顺序排列,反映了原子能级结构的复杂性和层次性。
综上所述,s、p、d、f能级的排列不仅体现了化学元素的分类和能量层次的划分,还反映了原子能级结构的复杂性和层次性。随着能级字母的增加,对应的角量子数也递增,轨道形状和分布变得更加复杂,这为理解原子结构和化学反应提供了重要线索。
来自高中化学徐老师!
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