第二章原子的能级辐概念.doc

第二章 原子的能级和辐射 原子的核式模型建立时，只肯定了原子核的存在，但还不知道原子核外边的电子的情况。这需要进一步研究。在这方面的发展中。光谱的观察提供了很多资料，这些资料是关于原子核外结构知识的重要源泉。今后几章将从光谱的事实逐步论述原子中电子部分的状况。 2.1 光谱—研究原子结构的重要途径之一 光谱：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。 光谱仪和摄谱仪：用光谱仪可以把光按波长展开，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，后一种光谱仪称为摄谱仪。光谱仪用棱镜或光栅作为分光器，有各种设计。图2.1 是一架棱镜摄谱仪的示意图。（P22） 光源：研究光谱所用的光源，除自然光外，可有各种类型，有火焰、高温炉、电弧、火花放电、气体放电、化学发光、荧光等。 光谱的类别（分为三类）： 线状光谱：是原子所发的，谱线是分明、清楚的；（P23） 带状光谱：是分子所发的，光谱好象是许多片连续的带组成； 连续光谱：是固体加热所发的，谱线是连续的。 发射与吸收：光源所发的光谱称发射光谱。还有一种观察光谱的办法就是吸收，把要研究的样品放在发射连续光谱的光源与光谱仪之间，使来自光源的光先通过样品后，再进入光谱仪。这样一部分的光就被样品吸收。在所得的光谱上会看到连续的背景上有被吸收的情况。相片的底片上受光处变成黑的，吸收光谱呈现出连续的黑背景上有亮的线。这些线是吸收物的吸收光谱。样品可以是气体、液体或固体。 2.2 氢原子的光谱和原子光谱的一般情况 一、氢原子的光谱 （P24—） 从氢气放电管可以获得氢原子光谱。人们早就发现氢原子光谱在可见区和近紫外区有好多条谱线，构成一个很有规律的系统。谱线的间隔和强度都向着短波方向递减。其中最具代表性的四条谱线如下： 谱线 颜色 波长 红 深绿 青 紫 二、巴耳末公式（可见光区） 在1885年从某些星体的光谱中观察到的氢光谱线已达14条。这年巴耳末（J.J.Balmer）发现这些谱线的波长可纳入下列简单公式中： （1） 式中。由这式计算所得的波长数值在实验误差范围内同测得的数值是一致的。后人称这公式为巴耳末公式，它所表达的一组谱线称作巴耳末系。当n→∞，波长趋近B，达到了这线系的极限，这时二邻近波长的差别趋近零（图2.3）。 可见， 如果令，称为波数，巴耳末公式可改列为： ， （2） 称为里德伯常数。从氢光谱的更精密测量得到： 米-1 （3） 当时，（2）式成为，表示线系限的波数。 三、氢原子光谱几个谱线系 氢原子光谱的其他谱线系, 也先后被发现。 赖曼系（在紫外区） 巴耳末系（在可见光区） 帕邢系（在红外区） 布喇开系（在红外区） 普丰特系（在红外区） 氢原子光谱普遍公式（用波数表示） （5） 式中，，对每一谱线的波数都等于两项的差值。 如果令和，那么 ， 称为光谱项。氢原子的光谱项等于。 四、氢原子光谱的特点 1、光谱是线状的，谱线有一定位置。 即有确定的波长值，而且是彼此分立的。 2、谱线间有一定的关系。 例如谱线构成一个谱线系，它们的波长可以用一个公式表达出来。不同系的谱线有些也有关系，例如有共同的光谱项。 3、每一谱线的波数都可以表达为二光谱项之差。 即，氢的光谱项是，是整数。 这里总结出来的三条也是所有原子光谱的普遍情况，所不同的只是各原子的光谱项的具体形式各有不同，关于这些，以后我们会了解的。 2.3 玻尔的氢原子理论和关于原子的普遍规律 在二十世纪初年，除氢原子光谱外，其他原子光谱的资料也积累了很多。那么这些原子怎样发射光谱的呢？这就需要进一步研究原子内部的情况。自从1911 年原子的核式结构证明后，人们了解到半径大约为10-10米的原子中有一个带正电的核，它的半径是10-15米的数量级。但原子是中性的，从而推想原子核之外必定还有带负电的结构；这样就很自然想到有带负电的电子围绕着原子核运动，电子活动区域的半径应该是10-10米的数量级。在这样一个原子模型的基础上玻尔（N.Bohr）在1913 年发展了氢原子的理论。 1、电子在原子核的库仑场中运动（P27-） （1）原子的能量 由于氢原子核的原子核的质量比电