第二章原子的能级和辐射.docx
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1、第二章原子的能级和辐射通过第一章的学习我们已经看到原子的整体结构,不论实验还是理论都已经证明,它的结构是一个核式结构,即带正电的部分体积很小,几乎集中了原子的全部质量,位于原子的中央,带负电的电子存在于原子核之外。但是核外的电子以何种方式存在于原子核之外的,还不清楚,是静止的,还是运动的?如果是运动的,又是做什么运动?这些需要我们进一步去研究。通过后面的学习我们将会逐步看到,光谱在这方面的研究中起了重要的作用。2.1光谱一一研究原子结构的重要途径之一一、光谱光谱是电磁辐射的波长成分和强度的记录。有时只是波长成分的记录。这里的电磁辐射可以是可见区的,也可以是可见区之外的。这种记录一般是以图片的形
2、式记录。二、光谱仪摄谱仪光谱仪是能够把光按波长展开,并把不同成分的强度记录下来,或把按波长展开后的光谱摄成相片的仪器。能拍摄相片的仪器叫摄谱仪。三、光谱仪的工作原理图2.1就是一台棱镜摄谱仪。工作原理是光源I发出的光经过透镜13会聚到摄谱仪的光缝S上。一部分进入摄谱仪,经会聚透镜1后成为平行光线,射到三棱镜一侧面上,竟三棱镜折射后,不同波长的光线以不同的偏折角射出,经透镜12再成为会聚光线。不同波长的光线会聚到相片P上的不同位置,在P上形成一系列S的实像。(S是一条狭缝,故像是细线,称为谱线),谱线的位置决定于波长,每一条确定的谱线都对应于一个确定波长的光,可用已知波长的光的光谱与之比较,就可
3、知道各谱线的波长。从浓度可以定出强弱。四、光谱的类别从谱线的形状来分,光谱可分三类:线状、带状、连续1、线状光谱:谱线是一条一条的,彼此分明的细线。因为每一条谱线代表一个波长成分,谱线是一条一条的,彼此分明的,说明入射光所具有的波长成分间是有一定间隔的。这类光谱一般为原子所发。2、带状光谱:谱线是分段密集的,段与段之间有一定的间隔,这样的光谱叫带状光谱。谱线分段密集说明每一段中不同波长的谱线很多,相差很小,以至于我们肉眼和仪器都无法分辨请,看上去是段内连成一片的。这类光谱一般为分子所发。3、连续光谱:所有的谱线连成一片,这样的光谱叫连续光谱。所有的谱线连成一片说明入射光具有各种波长成分,波长是
4、连续变化的。这类光谱一般为炽(Chi)热的固体所发。原子、分子在某些情况下也可以发射。这三类光谱如图P232.2所示。五、发射与吸收光源所发射的光谱叫发射光谱。还有一种光谱叫吸收光谱。通过实验人们发现,波长连续分布的光,通过物质时,某一波长的光要被物质吸收。这样我们把要研究的样品放在发射连续光谱的光源和光谱仪之间,来自光源的光先通过样品后在进入光谱仪,使某一波长的光被样品吸收,使连续光谱的底片背景上出现亮线,这个亮线就是被吸收的谱线。样品可以是液体、固体、气体。每一种元素都有自己的特征吸收谱线。原子吸收某一波长的光,使原子能级升高。样品只能吸收能使其能级升高的光波,不吸收其他波长的光2.2 氢
5、原子的光谱和原子光谱的一般情况用氢气放电管作为光源所拍摄下来的光谱就是氢原子光谱。到1885年,人们已经发现氢原子光谱在可见光区和紫外区有14条谱线,观察到的情况如图P2523所示,从图上可以看出,谱线是很有规律的,其规律是谱线的间隔和强度都向短波方向递减。其中可见光区域有4条,分别用瓦、山、外、即表示。观察到的情况是Ha红色波长6562.10深绿4860.74Hy青色4340.10He紫色4101.20在1885年,巴耳末首先发现,这些谱线的波长可以用一个很简单的公式来表示。2=(7)=3,4,5n2-4巴耳末公式8=3645.6是一个常数,|=3,4,5对应的分别是及、山、Hy、出等,这个
6、公式所表达的这组谱线叫巴耳末线系。当产汨时,H,此时团达到了这个线系的极限,这条谱线叫这个线系的线系限。线系限的波长叫线系限波长。在线系限邻近的二谱线的波长差趋近于零。在光谱学中,用波数(国)表征谱线,弓,这样巴耳末公式可以改写成共。二-二),B2-n=3,4,5称为里德伯常数。从氢原子光谱的精密测量中推得RH=1.0967758IO7味工这样巴耳=3,4,5o这种形式末公式进一步可以改写成为六跖(二-二),2-n-的巴耳末公式是我们今后学习中经常使用的形式,请大家记住这个公式。从这个公式可以看出,当产司时,应趋于一个极限值图,是线系限的波数,称为线系限波数。在巴耳末发现巴耳末线系之后,氢原子
7、的其他线系也相继被发现,赖曼发现紫外区域有一个线系,帕邢发现红外有一个,布喇开发现近红外有一个,普丰特发现远红外有一个,依次被称为赖曼系、帕邢系、布喇开系和普丰特系。这些线系各自都可以用一个公式表示,开列如下:,赖曼系=厮(;-W)|=2,3,4rnz举公式国用一个普遍公式表示,即k=3,4,5V=Rh(-5-y)9In=1,2,3,41/=m+1,m+2,m+3广-这个公式叫做广义巴耳末公式,亘至二三分别对应赖曼系、巴耳末系、帕邢系、布喇开系等。广义巴耳末公式可写为1v=-1,叵耳都叫做光谱项,光谱项用T来表示,T(?)=3、T(n)=-1根据光谱项的定义,可知氢原子的光谱项有!年举牛举总结
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