原子的结构与能级

原子の構造

V 原子／原子の構造

一句话结论

电子只能处在分立的能级上。跃迁时发射或吸收的光子能量恰好等于两能级之差：hf = E₂ − E₁。从高能级跳到低能级发光，反之吸光。基态是最低能级，原子在其中最稳定。

如果原子里的电子可以有任意能量，那么发出的光应该是连续的光谱。但实验看到的是几条分立的亮线。这说明电子的能量只能取某些特定值——能级是量子化的。原子光谱就像指纹，每种元素都不同。

为什么是这样

氢原子光谱是几条固定波长的亮线，而不是连续的彩带。这个事实用经典物理无法解释——按经典电动力学，绕核运动的电子会持续辐射能量并螺旋落入原子核，原子根本不该稳定存在。

玻尔的解决办法是引入假设：电子只能在某些特定的轨道（能级）上运动，在这些轨道上不辐射；只有在轨道之间跃迁时才发射或吸收光子。这直接解释了光谱为什么是分立的线。

能级图上，最低的那条叫基态（基底状態），原子平时待在这里。吸收能量后跳到较高的激发态（励起状態），但激发态不稳定，很快跳回并放出光子。光谱的每一条线对应一对能级。

跃迁条件 hf=E₂−E₁：光子能量恰好等于两能级的能量差。这是一个严格的等式，所以只有特定频率的光能被吸收——这就是吸收光谱出现暗线的原因。

能级能量通常取负值，基态最负（如氢原子基态 −13.6 eV），能级向上趋近于 0。能量为 0 对应电子完全脱离原子（电离），所以把基态电子打出去需要 13.6 eV，这个值叫电离能。

从能级差算波长：λ = hc/(E₂ − E₁)。能级差越大波长越短。氢原子可见光谱线（巴尔末系）来自跃迁到 n = 2 那一级。

h f = E 2 - E 1

适用条件

以一道典型题为例：某原子有能级 −10.0 eV、−4.0 eV、−1.5 eV。电子从 −1.5 eV 跳到 −10.0 eV，发出光子的能量是多少？

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