熱致發(fā)光
在中學(xué)化學(xué)教科書(shū)里有焰色反應(yīng)的彩色照片鋰、鈉、鉀、鈣、鍶、鋇和銅的焰色分別呈紫紅、黃、紫、紅、磚紅、洋紅、綠和黃綠色。焰火是我國(guó)古代勞動(dòng)人民的創(chuàng)造發(fā)明。焰火是熱致發(fā)光。
電致發(fā)光
把氣體裝進(jìn)真空管，真空管兩端施以高壓電，氣體也會(huì)發(fā)光，日常見(jiàn)到的霓虹燈、高壓汞燈、高壓鈉燈就是氣體的電致發(fā)光現(xiàn)象。例如，氫、氖發(fā)紅光，氬、汞發(fā)藍(lán)光。
光譜儀
光譜儀可以測(cè)量物質(zhì)發(fā)射或吸收的光的波長(zhǎng)，拍攝各種光譜圖。光譜圖就像“指紋”辨人一樣，可以辨別形成光譜的元素。人們用光譜分析發(fā)現(xiàn)了許多元素，如銫、銣、氦、鎵、銦等十幾種。
光譜儀，奠定了光譜學(xué)的基礎(chǔ)，使光譜分析成為認(rèn)識(shí)物質(zhì)和鑒定元素的重要手段。
然而，直到本世紀(jì)初，人們只知道物質(zhì)在高溫或電激勵(lì)下會(huì)發(fā)光，卻不知道發(fā)光機(jī)理；人們知道每種元素有特定的光譜，卻不知道為什么不同元素有不同光譜。
氫光譜
氫光譜是所有元素的光譜中最簡(jiǎn)單的光譜。在可見(jiàn)光區(qū)，它的光譜只由幾根分立的線狀譜線組成
玻爾理論
建立了氫原子核外電子運(yùn)動(dòng)模型，即行星模型，解釋了氫原子光譜，后人稱為玻爾理論。
玻爾假定，氫原子核外電子是處在一定的線性軌道上繞核運(yùn)行的，正如太陽(yáng)系的行星繞太陽(yáng)運(yùn)行一樣。這是一種“類比”的科學(xué)思維方法因此，玻爾的氫原子模型可以形象地稱為“行星模型”。類比并不總能揭示不同的事物的本質(zhì)差異。
后來(lái)的新量子論根據(jù)新的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)完全拋棄了玻爾行星模型的“外殼”，而玻爾行星模型的合理“內(nèi)核”卻被保留了，并被賦予新的內(nèi)容。
定態(tài)假設(shè)
玻爾假定，氫原子的核外電子在軌道上運(yùn)行時(shí)具有一定的、不變的能量，不會(huì)釋放能量，這種狀態(tài)被稱為定態(tài)。能量最低的定態(tài)叫做基態(tài)；能量高于基態(tài)的定態(tài)叫做激發(fā)態(tài)。
玻爾的定態(tài)假設(shè)為解釋原子能夠穩(wěn)定存在所必需。玻爾從核外電子的能量的角度提出的定態(tài)、基態(tài)、激發(fā)態(tài)的概念至今仍然是說(shuō)明核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的基礎(chǔ)。
量子化
在經(jīng)典物理學(xué)中，對(duì)體系物理量變化的最小值沒(méi)有限制，它們可以任意連續(xù)變化。但在量子力學(xué)中，物理量只能以確定的大小一份一份地進(jìn)行變化，具體有多大要隨體系所處的狀態(tài)而定。這種物理量只能采取某些分離數(shù)值的特征叫作量子化。
變化的最小份額稱為量子。例如，頻率為υ的諧振子，其能量不是連續(xù)變化，而是只能以hυ的整數(shù)倍變化，欲使其能量改變hυ的幾分之幾是不可能的。微粒的角動(dòng)量也是量子化的，其固有量子是h/2π。量子化是微觀體系基本的運(yùn)動(dòng)規(guī)律之一，它與經(jīng)典力學(xué)是不相容的。
flash影片是由許多時(shí)間幀構(gòu)成的，每隔0.0幾秒，就換一張圖片，而不是連續(xù)不斷的。每張圖片，就是構(gòu)成一段錄像的“量子”，是不可分割的。這其實(shí)就是一種量子化。
躍遷規(guī)則
電子吸收光子就會(huì)躍遷到能量較高的激發(fā)態(tài)，反過(guò)來(lái)，激發(fā)態(tài)的電子會(huì)放出光子，返回基態(tài)或能量較低的激發(fā)態(tài)；光子的能量為躍遷前后兩個(gè)能級(jí)的能量之差，這就是所謂“躍遷規(guī)則”。
海森堡不確定性原理
在量子物理學(xué)中，某些東西從嚴(yán)格意義上說(shuō)是不可知的。例如，你永遠(yuǎn)不可能同時(shí)知道電子的位置和動(dòng)量，正如你永遠(yuǎn)不可能讓硬幣的兩個(gè)面都朝上。
有些書(shū)上教你這樣去理解不確定性原理：例如，要想知道電子在哪里，你須得用某種東西(例如光子)探測(cè)它。但光是一種波，它的分辨率決定于它的波長(zhǎng)，波長(zhǎng)越短分辨率越高。所以為了把電子的位置測(cè)量得更準(zhǔn)確，你最好是選用波長(zhǎng)越短的光。但光又是一種粒子，其能量與波長(zhǎng)成反比，波長(zhǎng)越短能量越高。光子能量越大，對(duì)電子的碰撞也越大。這樣一來(lái)，不管你的探測(cè)多么小心，都會(huì)改變電子的動(dòng)量。在經(jīng)典世界，觀察或測(cè)量對(duì)觀察對(duì)象的干擾可以忽略不計(jì)，但在微觀世界，干擾無(wú)論如何是不能忽略的。
這樣說(shuō)當(dāng)然也沒(méi)錯(cuò)。不過(guò)，不確定性原理事實(shí)上比上述這樣的理解更深刻。它說(shuō)的是，自然界有一種天生的模糊性。在測(cè)量之前，電子的狀態(tài)(包括它的位置、動(dòng)量)，是各種可能狀態(tài)的疊加。它處于一種疊加態(tài)。疊加態(tài)具有天然的“模棱兩可性”：既可能是這樣，又可能是那樣，或者說(shuō)幾種可能性同時(shí)并存。僅當(dāng)測(cè)量時(shí)，它才被迫選擇一種確定的狀態(tài)呈現(xiàn)出來(lái)。
好比一枚“量子硬幣”，當(dāng)它落下之前，它的狀態(tài)是“正面朝上”和“背面朝上”兩種狀態(tài)的疊加。僅當(dāng)它落到地面靜止下來(lái)，它才被迫選擇停留在兩種狀態(tài)中的一種。
波粒二象性
量子物體(如光子和電子)具有分裂的個(gè)性——有時(shí)它們的行為像波，有時(shí)又像粒子。它們的表現(xiàn)取決于你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，是以波還是粒子來(lái)看待它們。
例如，我們知道，粒子的運(yùn)動(dòng)是有軌跡的，而波的特點(diǎn)是在整個(gè)空間彌漫，沒(méi)有確定的軌跡。當(dāng)你把量子物體當(dāng)作粒子看待(如用粒子探測(cè)器探測(cè)它)，想知道它的運(yùn)動(dòng)軌跡，好，那它就表現(xiàn)得像個(gè)粒子。假如你在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，想看看它的波的特性，如干涉、衍射等，好，它就表現(xiàn)出波的特性。
在量子力學(xué)中有一個(gè)著名的雙狹縫實(shí)驗(yàn)。它之所以著名，是因?yàn)檎故玖肆孔拥脑S多奇怪特征。下面我們就以它為例子來(lái)談?wù)劇?/p>
假如你在一個(gè)水池里設(shè)置一個(gè)有兩條豎直狹縫的屏障，然后用手指蘸一下水產(chǎn)生水波，水波會(huì)穿過(guò)兩條狹縫。穿過(guò)兩狹縫的水波會(huì)在屏障后面互相干涉，形成一個(gè)干涉圖案。
如果你把屏障從水里拿出，朝狹縫發(fā)射一堆子彈，它們就會(huì)直接穿過(guò)這條或那條狹縫，在屏障后留下兩條分明的彈痕，而不會(huì)產(chǎn)生干涉圖案。
這是經(jīng)典的波和粒子在雙狹縫實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)。但詭異的是，微觀粒子譬如電子，可以同時(shí)表現(xiàn)出兩者。
假如你朝狹縫發(fā)射電子，甚至像發(fā)射子彈一樣控制好，一次發(fā)射一個(gè)，起初屏障后面開(kāi)始形成兩條明顯的“彈痕”，說(shuō)明電子表現(xiàn)得像粒子;但隨著你發(fā)射的電子漸多，彈痕也漸漸模糊起來(lái)，最后竟然在屏幕上顯示出明暗相間的干涉圖案，這時(shí)它又表現(xiàn)得像波了。倒好像每個(gè)電子同時(shí)穿過(guò)了兩條狹縫，并與自身干涉。
按照不確定性原理，可以這樣解釋：因?yàn)殡娮邮且粋€(gè)量子物體，我們不能確切地知道它的位置。電子有機(jī)會(huì)穿過(guò)一條狹縫，也有機(jī)會(huì)穿過(guò)另一條狹縫——因?yàn)閮烧叨际强赡艿?，所以它?shí)際上同時(shí)經(jīng)歷了兩個(gè)過(guò)程。換句話說(shuō)，確實(shí)是每個(gè)電子同時(shí)穿過(guò)了兩條狹縫，并與自身干涉。
現(xiàn)在，更詭異的事情來(lái)了。假如你在兩狹縫邊上各放置一個(gè)粒子探測(cè)器，來(lái)觀察電子到底穿過(guò)了哪條狹縫。你的意圖可以得逞，比如電子擊中探測(cè)器的探頭，不斷發(fā)出明亮的閃爍，你高興地歡呼：“你這個(gè)鬼家伙，終于被我逮著了!你剛才走的是這條縫，現(xiàn)在走的是那條縫?！钡?，等你把頭探到屏障后面，就會(huì)發(fā)現(xiàn)大事不妙：干涉圖案竟然消失不見(jiàn)了，只留下像彈痕一樣的兩條直截分明的狹縫投影。
按前面的解釋，這是因?yàn)槟阒懒穗娮哟┻^(guò)哪個(gè)狹縫之后，它不就再處于疊加態(tài)，所以只能選擇一條路徑，通過(guò)一條狹縫。電子的波動(dòng)行為消失了，表現(xiàn)得完全像粒子。
如果你對(duì)上述解釋還感到頭疼，那么請(qǐng)想一想這個(gè)事實(shí)，或許多少受些安慰：物理學(xué)家其實(shí)也不太能接受這樣的解釋，他們一直都在為這個(gè)明顯的悖論想破腦殼。
電子云
量子力學(xué)認(rèn)為，處于定態(tài)的核外電子決不是如玻爾所假設(shè)的只在離核一定距離的線形軌道上運(yùn)行，而是具有一定波長(zhǎng)的德布羅意波。德布羅意關(guān)系式是指 “一個(gè)電子”的波粒二象性 量子力學(xué)明確指出，對(duì)于實(shí)物微粒? 的含義是該粒子在空間任一微小區(qū)域（數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)是“體積元”）里出現(xiàn)的概率，即概率密度。換言之，實(shí)物波是概率波。
具體到核外電子，核外定態(tài)電子的波意味著：定態(tài)電子在核外空間的概率密度分布規(guī)律可以用波的振幅方程（即波動(dòng)方程）來(lái)描述。
電子云是電子在原子核外空間概率密度分布的形象描述。
處于不同定態(tài)的電子的電子云圖像具有不同的特征，主要包括：
（1）電子云在核外空間擴(kuò)展程度 一般而言，擴(kuò)展程度越大的電子云所對(duì)應(yīng)的電子具有較高的能量狀態(tài)；反之則電子的能量較低。這可以用能層的概念來(lái)概括。核外電子是按能量大小分層的。能量由低到高，分別稱為 K、L、M、N? 能層，或者叫第一能層、第二能層、第三能層 。
（2）電子云的形狀 處在第一能層的電子的電子云只有一種形狀：球形 ——1s電子；處在第二能層的電子的電子云有4種形狀：球形——2s電子和 “ 雙紡錘形 ”——2p 電子；處在第三能層的電子有5種形狀：球形——3s電 子、 “ 雙紡錘形 ” ——3p電子和“多紡錘形”——3d? 電子；處在第四能層的電子有7? 種形狀：球形——4s電子、“雙紡錘形”——4p 電子、“多紡錘形”——4d? 電子以及形狀更為復(fù)雜的電子——4f。
為方便起見(jiàn)，我們今后用“能級(jí)”一詞來(lái)表達(dá)處在一定（K,L,M,N,O,P,Q）能層而又具有一定形狀電子云的電子。換句話說(shuō)：第一能層（? ：第一能層（K）有1個(gè)能級(jí)1s ；第二能層（L）有 2個(gè)能級(jí)2s和2p； 第三能層（ M）有 3個(gè) 能 級(jí) 3s,3p,3d；第四能層（ N）有4個(gè)能級(jí)4s,4p,4d,4f……。
（3）電子云在空間的取向 s電子是球形的，以原子核為中心的任何方向離核一定距離的微小空間里電子云的密度是相等的，也就是說(shuō)，s電子的電子云圖像是四球形的，對(duì)稱不存在取向問(wèn)題，無(wú)論 1s,2s,3s電 子、p,d,f電子則與 s電子不同，有取向問(wèn)題。
量子力學(xué)的結(jié)論是：
p電子有3種取向，它們相互垂直（正交），分別叫Px,Py,Pz。d電子有 5種，f 電子有7取向。
為方便起 見(jiàn)，今后用“軌道”一詞來(lái)描述在一定能層和能級(jí)上又有一定取向的電子云。這里的“軌道”可以理解為電子在核外空間概率密度較大的區(qū)域。換句話說(shuō)，第一能
層只有1個(gè)“軌道”1S；第二能層有4個(gè)“軌
道”2S軌道、2Px軌道、2Py軌道、2Pz軌道；第三能層有9個(gè)“軌道”；第四能層有16個(gè)軌道，……，第個(gè)n層有n的n次方個(gè)。
電子的自旋
核外電子除繞原子核高速運(yùn)動(dòng)外，還像地球一樣繞自己的軸自旋。自旋只有? 種相反的方向 順時(shí)針?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较颉?br>
核外電子的可能運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
我們把具有一定“軌道”的電子稱為具有一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子；把既具有一定空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又具有一定自旋狀態(tài)的電子稱為具有一定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子。
4個(gè)量子數(shù)
核外電子的能層、能級(jí)、軌道和自旋是核外電子的4個(gè)基本特征。它們分別對(duì)應(yīng)于4個(gè)量子數(shù)的可能取值。
主量子數(shù)（能層的量子數(shù)）
與能層對(duì)應(yīng)的量子數(shù)叫主量 子數(shù)，符號(hào) n ，它的取值為自然數(shù)1,2,3,4,5,6……
角量子數(shù)（能級(jí)的量子數(shù)）
與能級(jí)對(duì)應(yīng)的量子數(shù)叫角量子數(shù)，符號(hào) l，制約于主量子數(shù)n，取值為從 0,1,2,3,4,5,6…… 到（n-1），l=0對(duì)應(yīng)于s能級(jí)， l=1對(duì)應(yīng)于p能級(jí)，l=2對(duì)應(yīng)于d能級(jí)……（s,p,d,f,g,h,）
磁量子數(shù)（軌道的量子數(shù)）
與軌道對(duì)應(yīng)的量子數(shù)叫磁量子數(shù)，符號(hào) m? ，取值受角量子數(shù) l 制約，從0, ±1,±2,±3……直至±l。
自旋量子數(shù)
與電子的自旋狀態(tài)對(duì)應(yīng)的量子數(shù)叫自旋量子數(shù)，符號(hào)ms，只有+1/2和 -1/2兩種取值，有時(shí)用↑和↓表示相反的自旋。
