其它氢原子光谱的谱线.PPT

辐射与防护 RADIATION AND PROTECTION 第一章 物质的结构 §1、原子结构 * * 主要内容： 1、辐射产生的物理基础与基本类型 2、测量辐射的基本参量 3、辐射的生物效应 4、辐射防护的基本方法与法规 1、α 粒子散射实验 观测α 粒子在原子核式模型中的散射 研究原子结构有两条途径 高能粒子轰击原子 分析原子光谱 一、初期原子理论的实验基础 原子光谱是研究了解原子内部结构的重要方法 2、氢原子光谱的实验规律 , A 4340.5 0 = g H , A 4861.3 0 = b H , A 6562.8 0 = a H 第一章 物质的结构 (1) 氢原子光谱是彼此分裂的线状光谱， 每一条谱线具有确定的波长（或频率） (2) 巴尔末公式 n=3, 4, 5, …..时，为H? , H? , H? , …..谱线波长 令： 称为波数 1885年，瑞士一中学教师发现了氢原子光谱在可见光部分的规律 单位长度内完整波的个数 里德伯常数 （其它氢原子光谱的谱线） (3) 里德伯公式(1889) (4) 里兹并合原理 每一条谱线的波数都可以表示为两项之差 或 就被称为光谱项, n k 谱系 谱线 二 玻尔氢原子量子论 卢瑟福原子模型 （原子的有核模型） 问题： 原子的稳定性问题？ 原子分立的线状光谱？ 玻尔 （Niels Henrik David Bohr） （1885-1962） （1）定态假设：原子系统只能处在一系列具有不连续能量的状态，在这些状态上电子虽然绕核做园周运动但并不向外辐射电磁波。这些状态称为原子系统的稳定状态（简称定态）。 2 玻尔的氢原子理论 这些定态的能量： (1913 “论原子分子结构” 三条基本假设) （2）量子化条件：在这些稳定状态下电子绕核运动的轨道角动量的值，必须为 h / 2? 的整数倍，是不连续的，即有： 2 玻尔的氢原子理论 (1913 “论原子分子结构” 三条基本假设) 2 玻尔的氢原子理论 （3）跃迁假设： 电子从一个能量为En 稳定态跃迁 到另一能量为Ek 稳定态时，要吸收或发射一个频率为? 的光子，有： —— 辐射频率公式 (1913 “论原子分子结构” 三条基本假设) 氢原子轨道半径的计算 由量子化条件及牛顿定律： 轨道量子化 角动量量子化 库仑力=向心力 玻尔半径 r1 4r1 9r1 16r1 m n=4 n=3 n=2 n=1 能量的计算 电子在量子数为n的轨道上运动时，原子系统总能量是 基态能量 其它激发态： 能量是量子化的 E1 E2 E3 E4 r v m 3 氢原子光谱的理论解释 从其它能级到同一能级的跃迁属于同一谱线系 -13.6eV -3.39eV -1.5eV -8.5eV 赖曼系 巴尔末系 帕邢系 布拉开系 + r 三 核外的电子结构 氢原子中，电子的势能函数： 量子化条件和量子数 1） 能量是量子化的 2） 当 时，En? 连续值 主量子数 n 1 能量量子化和主量子数 电子绕核运动轨道角动量必须满足量子化条件： 角(副)量子数 l 2 角动量量子化和角量子数 3 轨道角动量空间量子化和磁量子数 电子绕核运动的轨道角动量 L 的方向在空间的取向是量子化的,角动量L 在外磁场方向的投影LZ必须满足量子化条件： 磁量子数 ml 决定角动量方向, 对应 一定的角量子数 l , ml= 2l + 1 ,角动量L在空间有2l + 1个不同取向。 B(z) m = 0 m = -1 m = -2 m = 1 m = 2 例1 斯特恩 － 盖拉赫实验（1921年） 用s态（l = 0）银原子无论有无磁场应该都只有一条！ 实验结果：有磁场时，底板上是呈对称分布的两条纹。 N s 4 电子的自旋和自旋磁量子数 电子还应具有自旋角动量。自旋角动量与轨道角动量相似，也是量子化的。 自旋角动量在z轴的分量 4 电子的自旋和自旋磁量子数 ※原子的壳层结构 电子状态由四个量子数决定 1) 主 量 子 数 n , n = 1, 2, 3, … 2) 轨道角量子数 l , l = 0, 1, 2, …, ( n – 1 ) 3) 轨道磁量子数 ml , m l = 0, ?1, ? 2, …, ? l 4) 自旋磁量子数 ms , m s = ? 1/2 大体上决定原子中的电子的能量 决定电子的轨道角动量, 对能量也有影响 决定轨道角动量在外磁场方向上的分量 决定电子自旋角动量在外磁场方向上的分量 一. 原子核组成 + 质子(p) 数目Z 中子(n) 数目N 统称核子 数目A