原子光的谱.pdf

第8 章 原子结构 第8 章 原子结构 (Atomic Structure) 物质进行化学反应的基本微粒是原子，在所有的化学反应中，只是发生了原子的化分和 化合，而原子核并不发生变化。要研究化学运动的规律，掌握物质的性质、物质发生化学反 应的规律以及物质性质和结构之间的关系，预言新化合物的合成等等，必须首先研究原子的 结构，特别是原子核外的电子层结构。 8.1 氢原子光谱和玻尔理论 8.1.1 电磁辐射和普朗克量子论 1．电磁辐射 可见光、红外光、紫外光、无线电波、X 射线等都是典型的电磁辐射（见图8.1）。它们 图8.1 电磁辐射光谱 8 -1 共同的基本特性是在真空中的传播速度都等于光速（c = 3.00 ³10 m ²s ）；都具有波动的周 期性特征。其相邻二波之间对应点的间距相等，称为波长（λ ）；每秒钟内波完成振动的次数 称为频率（v ）。 辐射能的波长（λ ）和频率（v ）之间符合式c = vλ 。因此，与绿光相比，红光的频率较 低而波长较长。 人眼能感受到的可见光是由波长在400nm~750nm 之间的不同波长的多种辐射所组成的。 这种复合的辐射，可以用光栅、棱镜等分光器件（单色器）将其分解为单色辐射。 2．普朗克量子论 1900 年，普朗克（Planck M ）在研究黑体辐射时提出了著名的量子化理论。量子论认为， 物质吸收和发射能量是不连续的，即只能以单个的、一定份量的能量，一份一份地或按照这 1 第8 章 原子结构 一基本分量的倍数吸收或发射能量，即能量是量子化的。能量的最小单位称为量子（quantum）。 1905 年，爱因斯坦（Einstein A ）应用量子论的概念并加以推广，提出了光子学说，成功 解释了光电效应。光子论认为，光既是一种波，又有粒子性，当能量以光的形式传播时，其 最小单位是光子（photon ）。爱因斯坦用下面二式把光的波动性和粒子性联系起来了： E = hv (8.1) h P = (8.2)  式中E 和P 为光子的能量和动量，v 和λ 为光的频率和波长，h 为普朗克常数（Planck constant ）， -34 其值为6.626 ³10 J ²s 。 能量及其他物理量的不连续性是微观世界的重要特征。 8.1.2 氢原子光谱 太阳光是复合光，通过棱镜后发生折射，可以分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色等 按波长大小次序有规则连续排列的光谱。这种光谱称为连续光谱（continuous spectrum）或带 状光谱。 化学元素经高温火焰、电火花、电弧等激发后也会产生光。充有低压氢气的放电管通过 高压电流，氢原子受激发，放出玫瑰红色的可见光以及紫外光和红外光，经棱镜分解就得到 了氢原子光谱（见图8.2）。 紫外光区 紫 蓝 蓝绿 红 红外光区 可见光区 H H H H     364.5 410.2 434.1 486