氢与氘原子光谱

1、氢与氘原子光谱原子光谱的观测，为量子理论的建立提供了坚实的实验基础。1885年，巴尔末根据人们的观测数据，总结出了氢光谱线的经验公式。1913年2月，玻尔(N.Bohr)得知巴尔末公式后，3月6日就寄出了氢原子理论的第一篇文章，他说：“我一看到巴尔末公式，整个问题对我来说就清楚了。”1925年，海森伯(W.Heisenberg)提出的量子力学理论，更是建筑在原子光谱的测量基础之上的。现在，原子光谱的观测研究，仍然是研究原子结构的重要方法之一。20世纪初，人们根据实验预测氢有同位素，1919年发明质谱仪后，物理学家用质谱仪测得氢的原子量为1.00778，而化学家由各种化合物测得为1.00779。

2、基于上述微小的差异，伯奇(Birge)认为氢也有同位素2H（元素左上角标代表原子量），它的质量约为1H的2倍，据此他们算得1H和2H在自然办是的含量比大约为4000：1。由于里德伯常量和原子核的质量有关，2H的光谱相对于1H的应该会有位移。1932年，尤雷将3L液氢在低压下细心蒸发至1毫升以提高2H的含量，然后将那1mL注入放电管中，用它拍得的光谱，果然出现了相对于1H移位了的2H的光谱，从而发现了重氢，取名为氘，化学符号用D表示。由此可见，对样品的考究，实验的细心，测量的精确，于科学进步非常重要。本实验通过氢氘光谱的拍摄、里德伯常量和氘氢质量比的测定，加深对氢光谱规律和同位素位移的认识，并理

3、解精确测量的重要意义。一、 实验目的1、 通过测量氢氘光谱线的波长，计算氢与氘的原子核的质量比MD/MH以及里德伯常量2、 掌握光栅光谱仪的原理和使用方法，并学会对光谱进行分析。实验重点：测量氢氘光谱线的波长。光谱仪的光学原理实验难点：光谱分析二、实验原理巴尔末总结出的可见光区氢光谱线的规律为 （）式中H为氢光谱线的波长，n取3，4，5等整数。若改用波数表示谱线，由于 ()则式（）变为 式中109678 cm-1叫氢的里德伯常量。由玻尔理论或量子力学得出的类氢离子光谱规律为 1 1A=RA ， （） （n1/z）2 （n2/z）2上式的 22me4RA= （1.2.5） (40)2 ch3(1

4、+m/MA)是元素A的理论里德伯常量，z是元素A的核电荷数，n1，n2为整数，m和e是电子的质量和电荷，0是真空介电常量，c是真空中的光速，h是普朗克常量，MA是核的质量。显然，RA随A不同略有不同，当MA时，便得到里德伯常量 22me4R= （1.2.6） (40)2 ch3所以 RRA= （） 1+m/MA应用到H和D有 RRH= （） 1+m/MH RRD= （） 1+m/MD可见RD和RH是有差别的，其结果就是D的谱线相对于H的谱线会有微小位移，叫同位素位移。H，D是能够直接精确测量的量，测出H，D，也就可以计算出RH，RD和里德伯常量R，同时还可计算出D，H的原子核质量比 MD m

5、H = · （）MH MH （D-H+Dm/MH）式中m/MH=1/1836.1527是已知值。注意，是指真空中的波长，同一光波，在不同介质中波长是不同的，唯有频率及对应光子的能量才是不变的。我们的测量往往是在空气中进行的，所以应将空气中的波长转换成真空中的波长，空气的折射率随波长的变化如表：三、基本原理WGD-8A型组合式多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，AD采集单元，计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体，光学系统采用C-T型，如图2-1。入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0-2mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成象在S2上或S3上。四、实验步骤：1、按厂家给的说明书操作软件的说明，寻找出 486.12 纳米及656.29纳米氢氘光谱的谱线，寻峰后再进行波长修正，输入你的信息及其他全部信息后打印（要求波长、日期、姓名也同时打出）。2、计算氢与氘的原子核质量比，计算里德伯常数。注意事项：1、 入射狭缝不应过大。2、 负高压和增益不能过大，否则消顶检不出峰以下是参考数据处理（不要抄，要用自己的数据计算）：实验数据： 数据处理：再计算486.12纳米的。四、误差分析和结论：通过本实验，学会了