氢原子光谱与能级结构课件.ppt

1、第节：氢原子光谱与能级结构早在早在1717世纪，牛顿就发现了日光世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的实验中得到的彩色光带彩色光带叫做叫做光谱光谱 光谱 复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案大小而依次排列的图案一、光谱一、光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长（频率）成分和强度分布的记录，（频率）成分和强度分布的记录，即即光谱光谱。有时只是。有时只是波长成分的

2、记录。波长成分的记录。（2 2）分类：发射光谱可分类：）分类：发射光谱可分类：连续光谱连续光谱和和明线光谱明线光谱。1.1.发射光谱发射光谱（1 1）定义：物体发光直接产生的光谱）定义：物体发光直接产生的光谱叫做叫做发射光谱。发射光谱。连续光谱连续光谱 A 由波长连续分布的光组成的连在一起的光带叫连由波长连续分布的光组成的连在一起的光带叫连续光谱。续光谱。特点：光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是特点：光谱看起来不是一条条分立的谱线，而是连在一起的光带。连在一起的光带。即连续分布的包含有从红光即连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱。到紫光各种色光的光谱。B 炽热的固体、液体和高压气体的发

3、射光谱是连续炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。的光都形成连续光谱。明线光谱明线光谱 A A 只含有一些不连续的亮线的光谱只含有一些不连续的亮线的光谱叫做叫做明线光明线光谱谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。长的光。B B 稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。C C 各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只能发出几种特定频率的光

4、。不同原子的亮线位置能发出几种特定频率的光。不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率是不一样的，因不同，说明不同原子的发光频率是不一样的，因此这些亮线称为原子的特征谱线。此这些亮线称为原子的特征谱线。高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。各种原质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温

5、低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线，也是因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。太阳的光谱是吸收光谱。2 吸收光谱吸收光谱 原子光谱的不连续性反映出原子结构的不原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。子的结构。（1）由于每种原子都有自己的特征谱线，因由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定物质的此可以根据光谱来鉴别物质和确定物质的组成成分。这种方法叫做光谱分

6、析。组成成分。这种方法叫做光谱分析。（2 2）光谱分析法由基尔霍夫开创的。）光谱分析法由基尔霍夫开创的。（3 3）优点：灵敏度高。）优点：灵敏度高。样本中一种元素的含样本中一种元素的含量达到量达到1010-10-10g g时就可以被检测到。时就可以被检测到。（4 4）同种物质吸收光谱中的暗线与它明线同种物质吸收光谱中的暗线与它明线光谱中的明线相对应，明线光谱和吸收光光谱中的明线相对应，明线光谱和吸收光谱中的谱线都是原子的特征光谱，都可以谱中的谱线都是原子的特征光谱，都可以用于光谱分析。用于光谱分析。3 光谱分析光谱分析氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。

7、二、氢原子光谱的实验规律二、氢原子光谱的实验规律气体放电管：气体放电管：玻璃管中的稀薄气体的分子在强玻璃管中的稀薄气体的分子在强电场的作用下会电离，成为自由移动的正负电电场的作用下会电离，成为自由移动的正负电荷，于是气体变成导体，导电时会发光。这样荷，于是气体变成导体，导电时会发光。这样的装置叫做气体放电管。的装置叫做气体放电管。221111()3,4,5,.2Rnnm7巴耳末公式 R=1.10 10里德伯常量除了巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外除了巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外和紫个光区的其它谱线也都满足与和紫个光区的其它谱线也都满足与巴耳末巴耳末公式类似的关系式。公式类似的关系式。188

8、5年，巴耳末对当时已知的，在可见光年，巴耳末对当时已知的，在可见光区的区的14条谱线作了分析，发现这些谱线的条谱线作了分析，发现这些谱线的波长可以用一个公式表示：波长可以用一个公式表示：其他谱系其他谱系 氢氢原原子子能能级级跃跃迁迁与与光光谱谱图图巴巴耳耳末末系系-13.6 eV-3.40 eV-1.51 eV-0.85 eV-0.54 eV 0n=1n=2n=3n=4n=5n=212211nR,5,43，n12rnrn)6.13(1112eVEEnEn3,2,1nHHHHn=6n=5n=4n=1n=3n=2巴尔末巴尔末系氢吸系氢吸收光谱收光谱n=6n=5n=4n=1n=3n=2根据：根据：E

9、=hv，=c/v又又E=1.89eV=3.03 10-19J 所以，所以，=hc/E=6.6310-34 3.0 10-8 /3.03 10-19J=6.57 10-7(m)巴尔末系HHHH221111()3,4,5,.2Rnnm7巴耳末公式 R=1.10 10里德伯常量氢原子的能级图13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVn原子核式结构模型原子核式结构模型与与经典电磁理论经典电磁理论的矛盾的矛盾核外电子绕核运动核外电子绕核运动辐射电磁波辐射电磁波电子轨道半径连续变小电子轨道半径连续变小原子不稳定原子不稳定辐射电磁波频率连续变化辐射电磁波频率连续变化事实上事实上：原子是稳定的原子

10、是稳定的原子光谱是线状谱原子光谱是线状谱卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。按经典物理学电子绕核旋转，作加速运动，电子按经典物理学电子绕核旋转，作加速运动，电子将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，将不断向四周辐射电磁波，它的能量不断减小，从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。但但事实上原子是个稳定的系统。事实上原子是个稳定的系统。卢瑟福原子核式模型正确地指出了原子核的存卢瑟福原子核式模型正确地指出了原子核的存在，很好地解释了在，很好地解释了粒子散射实验粒子散射实验。但是。经但是。经典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解典物理学既无法解释原子的稳定性，又无法解释原子光谱的分立特征。释原子光谱的分立特征。轨道及转动频率不断变化，辐射电轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是连续的，磁波频率也是连续的，原子光谱应原子光谱应是连续的光谱。是连续的光谱。而实际上看到的是而实际上看到的是分立的线状谱。分立的线状谱。这些矛盾说明尽管经典物理学理论可这些矛盾说明尽管经典物理学理论可以很好地应用宏观物休，但它不能解以很好地应用宏观物休，但它不能解释原子世界的现象，引入新观念是必释原子世界的现象，引入新观念是必要的。要的。光子谢谢 谢谢