氢原子光谱课件VIP

1、氢原子光谱课件3.氢原子光谱光谱光谱获得或观察光谱的仪器光谱仪光谱仪(1)光谱知识光谱知识 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。摄谱仪看谱仪光谱仪氢原子光谱课件光光 谱谱 种种 类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。氢原子光谱课件连续光谱线状光谱太阳光谱钠的吸收光谱NaHHgCu氢原子光谱课件棱镜摄谱仪棱镜摄谱仪氢原子光谱课件棱镜光谱仪示意图狭缝棱镜屏红蓝12光源准直仪 接受装置（照相底片或显微镜）（照相

2、底片或显微镜） 色散装置（棱镜或光栅）（棱镜或光栅）12氢原子光谱课件拍摄拍摄氢光谱氢光谱；铁光谱铁光谱氢原子光谱课件氢原子光谱课件223, 4,5,4nBnn3645.6B H6562.8H4861.3H4340.5H4101.7H3970.1( )H3645.6H221, 2,3,1111, 2,3,mRnmmn7141.0967758 10 mHRBmnTT2nTR n氢原子光谱课件12,3, 4,mn23, 4,5,mn34,5,6,mn45,6,7,mn56,7,8,mn氢原子光谱课件22e204vemrrr22e01122 4em vr222e0011242 4eeEm vrr 1

3、010seNmm氢原子光谱课件30e1224verm r氢原子光谱课件e nnm r vn 22e204nnnvemrr201, 2,3,nncrn avnn220022e212412neEnamcn 2002e40.53am e2014137ec110113.6 eVnEra 氢原子光谱课件2n n123n12342nnERTnhc 71H1.0967758 10 mR氢原子光谱课件Z1Z 221125 2,3, 7 2, 4,RkkHHHHHHRR氢原子光谱课件eZe2204ZeFr22eZe201, 2,3,nnnZ cravnZn22222e220011242nZ eEm Zcnan

4、222221111nmEEZ RRhcmnm Zn Z242Zmkn22112Rk71HeH1.0972227 10 mRRR氢原子光谱课件1m2mHHeRRRO1r2r1 r2 rCRr1 12 212mmmmrrR12rrr12mmm12111mm氢原子光谱课件第三节：光第三节：光 谱谱Next更精确的更精确的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。氘的发现氘的发现类氢光谱类氢光谱氢原子光谱课件第三节：光第三节：光 谱谱更精确的更精确的RBackN

5、ext氘的发现氘的发现类氢光谱类氢光谱氢原子光谱课件第三节：光第三节：光 谱谱更精确的更精确的RBack氘的发现氘的发现类氢光谱类氢光谱氢原子光谱课件第三节：光第三节：光 谱谱氘的发现氘的发现Next更精确的更精确的R类氢光谱类氢光谱氢原子光谱课件第三节：光第三节：光 谱谱氘的发现氘的发现BackNext更精确的更精确的R类氢光谱类氢光谱氢原子光谱课件第三节：光第三节：光 谱谱类氢光谱类氢光谱Next更精确的更精确的R氘的发现氘的发现氢原子光谱课件)(1)(1()11(22223ZnZnRnnRZv第三节：光第三节：光 谱谱类氢光谱类氢光谱我们注意到：我们注意到：1.1.毕克林系中每隔一条谱线

6、和巴尔末系的谱线差不多重合，但另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；外还有一些谱线位于巴尔末系两邻近线之间；2.2.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，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。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，而属于类氢离子类氢离子 。玻尔理论对类氢离子的巴尔末公式为：。玻尔理论对类氢离子的巴尔末公式为：HeBackNext更精确的更精

7、确的R氘的发现氘的发现氢原子光谱课件第三节：光第三节：光 谱谱Back类氢光谱类氢光谱更精确的更精确的R氘的发现氘的发现氢原子光谱课件氢原子光谱课件氢原子光谱课件例题氢原子光谱课件氢原子光谱课件 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，即原子内部存在着一系列不连续的稳定状态能级。氢原子光谱课件第四节：夫兰克第四节：夫兰克 赫兹实验赫兹实验按照玻尔（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

8、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

9、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氢原子光谱课件第四节：夫兰克第四节：夫兰克 赫兹实验赫兹实验夫兰克-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与接收极A之间有减速电场。当电子在KG空间经过加速、碰撞后，进入KG空间时，能量足以冲过减速电场，就成为电流计的电流。BackNext氢原子光谱课件第四节：夫兰克第四节：夫兰克 赫兹实验赫兹实验Back氢原子光谱课件第五节：玻尔理论的推广第五节：玻尔理论的推广根据玻尔理论，电子绕核作圆周运动，轨道量子数n取定后，就有确定的 和 ，即电子绕核的运

10、动是一维运动，量子数n描述了这个规律。玻尔理论发表以后不久，索末菲（A.Sommerfeld）便于1916年提出了椭圆轨道的理论。这是由于1968年麦克尔逊和莫雷发现氢的H线是双线，相距 ，后来又在高分辨率的谱仪中呈现出三条紧靠的谱线。为了解释实验中观察到的氢光谱的精细结构，索末菲把玻尔理论中的圆轨道推广为椭圆轨道，并引入了相对论修正，定量计算出的氢的H线与实验完全符合。似乎问题已经得到解决，不过，我们将会看到，这一结果纯属巧合，实际上一条H线在高分辨率的谱仪中将出现七条精细结构。对此，玻尔-索末菲模型无法解释。nrnE236. 0cm玻尔玻尔索末非模型索末非模型碱金属的光谱碱金属的光谱氢原子

11、光谱课件第五节：玻尔理论的推广第五节：玻尔理论的推广根据玻尔理论，用一个量子数n就可以描述电子绕核的运动.1916年，索末菲对玻尔的圆轨道模型作出了修正，提出了椭圆轨道模型，把电子绕核的运动由一维运动推广为二维运动，并用两个量子数n，l来描述这个系统。n称为主量子数，且n=1,2,3; l称角量子数，它决定运动系统轨道角动量的大小，且n取定后，l=0，1，2，n-1。按索末菲模型，n取定后 ，n与l的不同搭配，对应于不同的椭圆轨道，即椭圆的半长轴a取定后，共用n个不同的半短轴b。但理论计算表明，n个不同形状的椭圆轨道对应同一个能量。即能量E与主量子数n有关，而与角量子数l无关。玻尔玻尔索末非模

12、型索末非模型Next碱金属的光谱碱金属的光谱氢原子光谱课件第五节：玻尔理论的推广第五节：玻尔理论的推广玻尔玻尔索末非模型索末非模型BackNext碱金属的光谱碱金属的光谱氢原子光谱课件第五节：玻尔理论的推广第五节：玻尔理论的推广玻尔玻尔索末非模型索末非模型Back碱金属的光谱碱金属的光谱氢原子光谱课件第五节：玻尔理论的推广第五节：玻尔理论的推广碱金属的光谱碱金属的光谱Next玻尔玻尔索末非模型索末非模型氢原子光谱课件第五节：玻尔理论的推广第五节：玻尔理论的推广碱金属的光谱碱金属的光谱BackNext玻尔玻尔索末非模型索末非模型氢原子光谱课件第五节：玻尔理论的推广第五节：玻尔理论的推广碱金属的光

13、谱碱金属的光谱原子实是一个球形对称的结构，它里边的原子核带有Ze正电荷和（Z-1）e负电荷，在原子最外层运动的价电子好象是处在一个单位正电荷的库仑场中，当价电子运动到靠近原子实时，由于价电子的电场作用，原子实中带正电的原子核与带负电的电子的中心会发生微小的偏移，于是负电的中心不再在原子核上，形成一个电偶极子。这就是原子实的极化。BackNext玻尔玻尔索末非模型索末非模型氢原子光谱课件第五节：玻尔理论的推广第五节：玻尔理论的推广碱金属的光谱碱金属的光谱极化而成的电偶极子的电场又作用于价电子，使它感受到除库仑场以外的另加的吸引力，有效电荷不再为一个单位的正电荷，这就引起能量的降低。对于同一n值，

14、l值较小的轨道是偏心率较大的椭圆轨道，当电子运动到一部分轨道上时，由于离原子实很近，所以引起较强的极化，对能量的影响大；对l值较大的轨道来说，是偏心率不大的轨道，近似为圆形轨道，极化效应弱，所以对能量的影响也小。可以看出，对能级产生影响的除了R值，还有有效电荷 ，通过前面的学习我们了解到R值是与核的质量联系着的，而原子实极化和轨道贯穿导致了碱金属和氢原子之间有效电荷的差别。当有效电荷 代替Z时，我们得到ZZ2222)(nRZnRnRZ：T光谱项为(2)(2)BackNext玻尔玻尔索末非模型索末非模型氢原子光谱课件第五节：玻尔理论的推广第五节：玻尔理论的推广碱金属的光谱碱金属的光谱BackNe

15、xt玻尔玻尔索末非模型索末非模型氢原子光谱课件第五节：玻尔理论的推广第五节：玻尔理论的推广Back碱金属的光谱碱金属的光谱玻尔玻尔索末非模型索末非模型氢原子光谱课件1 1122 212mm rf rrrf rr2111mmmrrRrr1222mmm rrRrr 0mRrf r1m2221 12 2111222Tmmrrr11 122 2mmLrr + rrrr 212EV r r 氢原子光谱课件r1r201, 2,3,nnnZ cravnZn20024aeeeee1m MmmMmM22200222212412nZ eEnaZcn 22012ee4nnnrrmZm e 氢原子光谱课件423e01

16、14 4MeRRmMc711231114729323410 m1.0973731H1.0967758D1.0970742T1.0971735He1.0972227Li1.0972880He1.0973070RM 氢原子光谱课件氢原子光谱课件所以所以 在气体放电管中在气体放电管中,用能量为用能量为12.5eV的电子通的电子通 过碰撞使氢原子激发过碰撞使氢原子激发,问受激发的原子向低能级问受激发的原子向低能级 跃迁时跃迁时,能发射那些波长的光谱线能发射那些波长的光谱线?5 . 3 n解：解： 设氢原子全部吸收电子的能量后最高能激发到第设氢原子全部吸收电子的能量后最高能激发到第n 个能级，此能级的能

17、量为个能级，此能级的能量为 , 所以所以eVn26 .13 26 .1316 .13nnEE 36.125 .126 .136 .132 neVEEn5 .121 把把 代入上式得代入上式得 因为因为n只能取整数只能取整数,所以氢原子最高能激发所以氢原子最高能激发到到 n=3的能级的能级,当然也能激发到当然也能激发到n=2的能级的能级.于是于是能产生能产生3条谱线。条谱线。 氢原子光谱氢原子光谱氢原子光谱课件13 nn从从nmmR3 .656710096776. 15365362 nmmR6 .102710096776. 189891 nmmR6 .121710096776. 134343 R

18、R9831111)(22 23 nn从从12 nn从从RR36531212)(22 RR432111)(22 氢原子光谱氢原子光谱氢原子光谱课件例例18- 7 计算氢原子中的电子从量子数计算氢原子中的电子从量子数 的状态跃迁的状态跃迁 到量子数到量子数 的状态时所发谱线的频率。试证的状态时所发谱线的频率。试证明当明当 很大时，这个频率等于电子在量子数很大时，这个频率等于电子在量子数 的圆的圆轨道上绕转的频率。轨道上绕转的频率。n1 nknn解解 按玻尔频率公式有按玻尔频率公式有223204223204, 1) 1(1281) 1(18nnnhmennhmenn 当当 很大时很大时 n3320433204, 1428nhme