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1、氢光谱与碱金属光谱指导老师:白老师实验人:0519045张宏伟光谱线系的规律与原子结构有内在的联系,因此,光谱是研究原子结构的一项重要的方法.氢原子结构是搜有的原子中最简单的,便于从实验上和理论上对它进行充分的研究,早在1853年,挨格斯特朗就对氢光谱做了准确的测量.一百多年来,对氢光谱和氢原子结构的研究从未间断,它是实验研究与理论研究相互促进的典范.1885年,巴尔末根据实验结果得出在可见光区的氢光谱分布规律的经验公式,并能准确的预告尚未被测到的谱线.但是,无法为人理解.1889年,里德伯提出了一个普遍的方程-
2、----里德伯方程.1911年,卢瑟福建立了正确的原子结构模型;1913年,玻尔对原子结构问题提出了新的假设,把量子说引入卢瑟福模型,从而首先成功的建立了氢原子理论,可以准确的导出巴尔末公式,并能从理论上由电子电荷与质量e,以及普朗克常数h计算里的博常数,与实际值符合得很好,但仍有万分之五的差异,而实验结果的准确度已达万分之一,著名的英国光谱学家福勒对此提出了质疑.玻尔在1914年对此作了回答:在原来的理论中,假定氢核是不动的,电子绕核运动;也就是说,假设了质子的质量是无穷大的,这是需要修正的,根据氢核与电子的两
3、体运动,对实验值进行了修正,与理论值的符合程度有了进一步的提高,准确度可达.但是还有一些问题尚待解决.玻尔理论取得了很大的成功,但是不可避免的有它的历史局限性.实验基础知识:1.氢原子光谱瑞典物理学家里德伯在对许多元素光谱的研究中,整理了大量的光谱数据,首先采用波数来表示光谱,各谱线的波数可以用两个光谱项T(n)的差值来表示,即:式中R称为里德伯常数.上式更好的显示了巴耳末线系的光谱规律.1913年2月,玻尔得知氢原子光谱线的经验表达式(巴耳末公式)后,玻尔在3~11月之间连续发表了四篇关于氢原子理论的文章.根据
4、玻尔的氢原子理论,可得里的伯常数不再是一个经验常数,而是可以由基本物理常数准确计算得:氢光谱与碱金属光谱式中,e分别是电子的质量和电荷,c,h分别是真空中的光速与普朗克常数.用折合质量来替代,可得氢原子的里的伯常数2.氘光谱(同位素位移)1932年,尤雷发现在氢的线的旁边还有一条谱线,两者相距很近.当时,计算值与实验值相符较好,肯定了氘的存在.3.Na原子结构及其光谱我们知道,碱金属原子的最外面的壳层上只有一个容易电离的电子,这个电子我们称之为价电子,而内壳层则都是满壳层,满壳层上的电子不易电离,而绕原子核运动,
5、这些电子与原子核形成一个比较坚实的集团,称为原子实,因此,我们可以提出一个类氢原子模型,对这类碱金属光谱进行研究.实验仪器:平面光栅单色仪:氢光谱与碱金属光谱44W型平面光栅单色仪采用Czerny-Turner型水平非对称式光学系统,如上图所示.光源A发出的光束经透镜T聚光后,均匀地照明入射狭缝S.由于S位于凹面反射镜M的焦平面上.因此光束经M反射后成为一束平行光,照射到平面光栅G上.凹面反射镜M将衍射光会聚到它的焦平面上.平面反射镜M是使光束转向的.实验结果:氢光谱分析氢光谱与碱金属光谱强度较小的H:410.2
6、72.4374260.2222434.202.3030250.2100486.382.0560240.1875强度较大的D:410.162.4381260.2222434.092.3037250.2100486.232.0566240.1875利用公式:分别拟合求出钠光谱分析氢光谱与碱金属光谱能级图元素的光谱线系常用能级图来表示.最上面的是光谱项符号，最下面的横线表示基态，上面的表示激发态，根据选择定则可以产生的跃迁用线连接.Na原子各线系的谱项锐线系:主线系:漫线系:在不知道量子亏损的情况下也可根据:求出各线系
7、的量子亏损的值.氢光谱与碱金属光谱
