第二章,氢原子光谱ppt课件.ppt

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1、3.氢原子光谱光谱获得或观察光谱的仪器光谱仪(1)光谱知识是电磁辐射的波长成分和强度分布的记录，有时只是波长成分的记录。是研究原子结构的重要途径之一。光谱种类连续光谱线状光谱带状光谱炽热的固体或液体发出，具有各种波长成分。气态原子发出，只有某些波长，光谱由一条条清晰明亮的线组成。气体分子发出，谱线分段密集，形成一个个带。连续光谱线状光谱太阳光谱钠的吸收光谱NaHHgCu棱镜摄谱仪棱镜光谱仪示意图狭缝棱镜屏红蓝12光源准直仪接受装置（照相底片或显微镜）色散装置（棱镜或光栅）12拍摄氢光谱；铁光谱2．氢原子光谱1885年已观察到14条谱线Balmer经验公式1890年R

2、ydberg经验公式光谱项波数赖曼（Lyman）系（紫外区）1916年巴耳末（Balmer）系（可见光区）1885年帕邢（Paschen）系（近红外区）1908年布喇开（Brackett）系（红外区）1922年普丰特（Pfund）系（远红外区）1924年分立线光谱波数可表示为两光谱项之差原子光谱特点：§3．玻尔氢原子理论1．原子行星模型的困难原子稳定性困难电子加速运动辐射电磁波，能量不断损失，电子回转半径不断减小，最后落入核内，原子塌缩。原子寿命光谱分立性困难电磁波频率等于电子回转频率，发射光谱为连续谱。2．玻尔模型（1913年）背景：能量子和光子假设、核式模型、原子线光谱

3、(1)定态（stationarystate）假设电子只能在一系列分立的轨道上绕核运动，且不辐射电磁波，能量稳定。电子绕核运动频率(3)角动量量子化假设电子定态轨道角动量满足量子化条件：玻尔半径精细结构常数基态（groundstate）激发态（excitedstate）赖曼系巴耳末系帕邢系实验值能级（energylevel）电子轨道§4．类氢离子核外只有一个电子的离子原子序数化学价He+，Li2+，Be3+，B4+，…1．毕克林线系1897年Pickering从星光中发现类巴耳末系Rydberg公式He+光谱2．玻尔类氢离子理论核电荷实验值Evans观测He+光谱，证实毕克林

4、线系属其线系之一。3．原子核质量有限带来的修正误差超过1/104（光谱测量精度）的原因：理论值忽略原子核的运动，相当于取核质量为无限大。两体问题两质点在相互作用下运动两体约化质量第三节：光谱Next更精确的R玻尔理论假定电子绕固定不动的核旋转，事实上，只有当核的质量无限大时才可以作这样的近似。而氢核只比电子重约一千八百多倍，这样的处理显然不够精确。实际情况是核与电子绕它们共同的质心运动。氘的发现类氢光谱第三节：光谱更精确的RBackNext氘的发现类氢光谱第三节：光谱更精确的RBack氘的发现类氢光谱第三节：光谱氘的发现Next更精确的R类氢光谱第三节：光谱氘的发现Back

5、Next更精确的R类氢光谱第三节：光谱类氢光谱Next更精确的R氘的发现第三节：光谱类氢光谱我们注意到：1.毕克林系中每隔一条谱线和巴尔末系的谱线差不多重合，但另外还有一些谱线位于巴尔末系两邻近线之间；2.毕克林系与巴尔末系差不多重合的那些谱线，波长稍有差别，起初有人认为毕克林系是外星球上氢的光谱线。然而玻尔从他的理论出发，指出毕克林系不是氢发出的，而属于类氢离子。玻尔理论对类氢离子的巴尔末公式为：BackNext更精确的R氘的发现第三节：光谱Back类氢光谱更精确的R氘的发现例题玻尔理论成功的解释了氢原子和类氢离子光谱的实验规律。关键在于：这个理论中提出了能量量子化的假设

6、，即原子内部存在着一系列不连续的稳定状态—能级。第四节：夫兰克–赫兹实验按照玻尔（Bohr）理论，在原子内存在一系列分立的能级，如果吸收一定的能量，就会从低能级向高能级跃迁，从而使原子处于激发态，而激发态的原子回到基态时，也必然伴随有一定频率的光子向外辐射。光谱实验从电磁波发射或吸收的分立特征，证明了量子态的存在，而夫兰克-赫兹（Frank-Hertz）实验用一定能量的电子去轰击原子，把原子从低能级激发到高能级，从而证明了能级的存在。在玻尔理论发表的第二年，即1914年，夫兰克和赫兹进行了电子轰击汞原子的实验，证明了原子内部能量的确是量子化的。可是由于这套实验装置的缺陷，电

7、子的动能难以超过4.9ev，这样就无法使汞原子激发到更高的能态，而只得到汞原子的一个量子态——4.9ev。1920年，夫兰克改进了原来的实验装置，把电子的加速与碰撞分在两个区域内进行，获得了高能量的电子，从而得到了汞原子内一系列的量子态。夫兰克-赫兹实验的结果表明，原子被激发到不同状态时，吸收一定数值的能量，这些数值是不连续的。即原子体系的内部能量是量子化的，原子能级确实存在。Next第四节：夫兰克–赫兹实验夫兰克-赫兹实验玻璃容器充以需测量的气体，本实验用的是汞。电子由阴级K发出，K与栅极G之间有加速电场，G与接