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1、氢气岛压放电产生的连续光谱（实验室）Niels Henr ik DavidBohr, 1885=962许多情况卜光圧山原内部电子 的运动产牛的，因此光谱研究是 探索原子給构的匝要途径之一.从氯气放电管可以获得氢原r光第二章氢原子的光谱与能级原子的光谱氢原子的光谱线系Bohr模型类氢离子的光谱1913年提出氢原子的Bohr模型 2.1氢原子的光谱 一、光谱光谱是光强按频率或波长的分布。用函数 表示为/=/ (入),或者/=/ ( V ) oSolar SpectrumNitrogen Spectrum光谱的测量用棱镜色散或光栅衍射可以进行照相记录或利用光电探测器记录ri，High Resolut
2、ion Solar Spectrum元素的光谱 1859年，德国科学家基尔霍夫和本生研究 了各种火焰和火花的光谱，注意到每种元 素都有其独特的光谱，他们发明了光谱分析法，并用这种方法发现了新元素链和锁1。 1852年，瑞典物理学家埃格斯特朗(A. J. Angstrom)发表了一篇论文，列出了一系列 物质的特征光谱，现在常用的波长单位埃 (1A=10-10m)就是以其姓氏而命名。光谱的分类根据物质的发光机制，可以将光谱分为热辐射谱、荧光（发光）光谱,等等。Surfxe of sun 6000 K Cafbon 远 4000 KMak lamp niamenl 3(X)0 KIK56056060
3、0620640Wavelength (nm)HNaNeHgHz根据实验方法，可以分为发射光谱、吸收光谱、吸收材料激发光谱，等等。发光材料发光材料波长可调激发光单色仪入射光固定波长光强v根据光谱的分布特征, 状光谱、阵续光谱。可以分为线状光谱、带12342丨I012 4 ：_AA_aAkA600650Wavelength (nm)700nwc-160200240280Wavelength (nm)BFig. 3. (A) Emission spectra of LiGdF t Eu34 (0.5 mol%) upon excitation in the 勺 levels of Gda4 at 2
4、73 nm (violet line) and upon excitation in the cCy levels of Gd? at 202 nm (red line), both dt 300 K The spectra are scaled on the 50t 7F. emission intensity(B) Excitation spectra of LiCdF.：Eu3* (0.5 mol%) monitoring the - rF. emission of Eu at 554 nm (violet line) and the 5D0 7F2 emission at 614 nm
5、 (red line), both at 300 IG The spectra are scaled on the S7Z2 - l; excitation intensity吸收光谱与发射光谱原子受到激发后，会发光，光谱由其特性决定原子也会吸收光，从而在透射光谱中出现一系 列的暗线吸收光谱与发射光谱是对应的氢原子的发射光谱氢原子的吸收光谱二、氢原子的光谱1、氢原子受到激发后，可以发出线状光谱。其中最著名的光谱线有以下四条I. 1 .1 1* . I. I . . . i .4 . I. I I. A. i. I. . . a . i . I. 4.1. L ( 1. I I. . .4m n
6、m4oo,九=B = 3645.6 Au 线系限波长u H”Ha连续光谱区Balmer线系Balmer公式也可以改写为如下形式411B 22 n2波数Rydberg;1 数7-右Rh =1.0967758xl07m-1Rydberg 方程n*|巴耳* R * t SJohannes Robert Rydberg Sweden ,185449193、氢原子的其它谱线系 Lyman系 Balmer系 Paschen系卩=心心一-,川=2,3,4, 宀心& 占丿=3,4,5, 乙 71历=心吉-占八= 4,5,6, Brackett系 Pfund系 Humphreys系丄/ = 5,6,7, 矿0
7、=尺丄一丄丿= 6,7,&5 n0 hItF, = 6,7,8,6_ rr赖曼系n234567891011oo人(nm)121.102.97.94.93.93.92.92.92.91.91. 165297063195巴尔末系n3456789OONameHaHyh6He叽A (nm)656.3486.1T410.2397.0388.9383.5364.6帕邢系n456789101112138人(nm)1874 61281 41093 .510046954.3922.6901.2886.0874.8866.2820.1EMISSION SPCVHA可以用通式表示为m = 1,2,3, n = m
8、+1, ”2 + 2, ”2 + 3, 对于其中的每一个俯，, ”2, 可以构成一个谱线系上述方法称为“组合法则”，即每一条光谱线的波数可以表示 为两个与整数有关的函数项的差。DR0 =卩（加）一 T（n）7（,n）=弋 厂仏）=普TAT7（同、几分称为光谱项如此简单的物理规律之后必定隐藏着简单的物理本质!2.2 Bohr的氢原子模型、经典理论的rZe?4亦（）厂mryni VE = EkrE=-轨道运动频率/ =2岔 2兀核外电子在核的库仑场中运动，受有心力作用Ze2 _ me v2 4济”2按经典电磁学理论，带电粒子做加速运动，将 向外辐射电磁波，其电磁辐射频率等于带电粒 子运动频率。则原
9、子的光谱应当为连续谱。由于向外辐射能量，原子的能量将不断减少， 电子的轨道半径将不断缩小，最终将会落到核 上，即所有原子将“崩塌” O这与事实是矛盾的。无法用经典的理论解释原子中核外电子的运动。二、Bohr的氢原子模型（1913年）根据氢原子的光谱和量子思想，提出三个 基本假设翳黯只能处于一系列分立的轨道上,电子在固定的轨道上运动时，波，即原子处于一系列的定态定态能量，能级乞=-1 “2 4亦乙2.频率条件电子可以在不同的轨道之间跃迁，或者说原子可以在不同的能级之间跃迁，并以电磁波的形式辐射或吸收能量hv = AE = En-Em2 4亦一丄空丄一丄2 4亦 rfn rnhv = h- = h
10、cv = -A2 4码）1 Ze2V 2 4亦hc2弓与两个整数有关而Rydberg方程为 v = R -nr at两者有相同的形式至此，Bohr的假设已经能够解释氢原子的光谱规律。但其中的一些数值，如轨道半径、能量（能 级）、Rydberg常数等还无法确定，说明该 理论还不完备还需要有进一步的假设3、角动量量子化假设h27V=ntin = 1,2,3,4电子轨道运动的角动量是量子化的，只能取一 些特定的数值。可以由此导出诸如轨道 半径、能量（能级）、 Rydberg常数，等等角动量量子化v rn =7龙分立定态轨道Ze - We v4亦（）方n22 2 (朋 F=me v 乙=叫2 Ze2=
11、% vrn 4码_ 4 眄 0=0.529166 xlO10 in = 0.53 A9rrI Ze2第一Bohr半径27r2rn,eA Z2Z -両帝庐-3.6(詁eV27r2mee4 Z2 =_ 2/阻空 E ,=n(4加;)讪n(4砖()讪n一 d-Z2 Z? 1 he(4济卅2 n2 he27rme r=11 (4加;()讪? n-4iz2与Rydberg方程联系起来,27r2me4理论值R =3(47TQyhc 实验值可以得到Rydberg常数R = 1 .()973731 xl()7m心=1.()967758 xl()7 m符合得岀人意料的好!常用的组合常数/? =6.62620x1
12、0 34 J s0 = 8.8542 xlO2A-s/Vm c = 2.997925xl0B m/se = 1.602192xl0_19Cm. = 9.109534xl03,kg= 0.51100 MeV7c2=1.44fhi MeV = 2.307 x IO28 J- m4码。he = 12.4 A- keV = 1.24nm keVhc = 197 fm- MeV = 3.164x1026 J- mmcc2 =0.511 MeV = 899x10,4 J如E =（丄尸竺=o.529166x 10-m = 0.53 A mQe4亦（）mccA 344r22_ 4兀 叫e_ _e2叫 c_2 叫c（4亦（Jhc （4亦（） （A/2-）V34恋（）（Ac）3= 1.0973731 xl07m 1三、R
