氫原子光譜解析

1、氫原子光譜解析玻爾的原子理論是建立在三個(gè)基本假設(shè)的基礎(chǔ)上：(1)原子系統(tǒng)只能具有一系列的不連續(xù)的能量狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，電子雖然作加速運(yùn)動但不輻射電磁能量。這些狀態(tài)叫做原子的定態(tài)，相應(yīng)的能量分別為E1，E2，E3（E1E2E3）這就是所謂的定態(tài)假設(shè)。(2)當(dāng)原子從一個(gè)具有較大能量E2的定態(tài)躍遷到另一個(gè)能量較低的定態(tài)E1時(shí)，它輻射出具有一定頻率的光子，光子的能量為hv=E2E1這一假設(shè)確定了原子發(fā)光的頻率它就是頻率假設(shè)。(3)原子的不同能量狀態(tài)和電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動相對應(yīng)，電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的，只有當(dāng)軌道的半徑r與電子的動量P的乘積（即為動量矩）等于h/2的整數(shù)倍，軌道才是可

2、能的。即根據(jù)玻爾的第二個(gè)假設(shè)，原子系統(tǒng)中電子從較高能級Wn，躍遷到較低能級Wk時(shí)，發(fā)出單色光，其頻率為其波數(shù)為電子在量子數(shù)為n的軌道上運(yùn)動時(shí)，其原子系統(tǒng)的總能量Wn等于電子的動因?yàn)榕c能級Wk和Wn相應(yīng)的量子數(shù)分別為k和n所以有由玻爾假設(shè)而推出的上式，當(dāng)k為2時(shí)，與氫原子光譜巴耳末系的里德伯公式完全相同，且R的理論值可由式算出，結(jié)果R=1.097373×107米-1，此值與經(jīng)驗(yàn)公式中的R的實(shí)驗(yàn)值十分符合。故上式也為里德伯恒量提供了理論解釋。根據(jù)玻爾理論，氫原子光譜的產(chǎn)生可解釋如下：由式可知，n越大，原子系統(tǒng)Wn的絕對值越小，但代數(shù)值越大，亦即電子離核越遠(yuǎn)，原子能量越大。電子在第一軌道亦

3、即最內(nèi)層軌道（n=1）時(shí)，能量最小，原子最為穩(wěn)定，這種狀態(tài)便是基態(tài)。量子數(shù)n大于1的各個(gè)狀態(tài)，其能量均大于基態(tài)能量，這些狀態(tài)都是激發(fā)態(tài)。當(dāng)原子由基態(tài)躍遷到受激態(tài)時(shí)，原子必須吸收一定的能量。例如原子受到輻射的照射或高能粒子的撞擊等，這時(shí)電子可由第一軌道躍遷到量子數(shù)較高的軌道上運(yùn)動。處于受激狀態(tài)的原子一般在10-8秒內(nèi)自發(fā)地躍遷到能量較低的受激態(tài)或基態(tài)，在躍遷過程中，將發(fā)射一個(gè)一定頻率的光子，其波數(shù)由決定。由此可看出，巴耳末譜系是當(dāng)氫原子中的電子從不同的較外層的軌道，躍遷到第二軌道時(shí)所發(fā)射的譜線。當(dāng)電子躍遷到第一軌道時(shí)，應(yīng)發(fā)出譜系：躍遷到第三軌道時(shí)應(yīng)發(fā)出的譜系：而躍遷到第四第五軌道時(shí)應(yīng)發(fā)出的譜系：兩譜系。這些譜系，的確都在氫原子光譜中觀察到，而且有些還是在玻爾理論發(fā)表以后先從理論上計(jì)算出來，然后才通過實(shí)驗(yàn)找到的。在k1時(shí)所表示的譜系在光譜的遠(yuǎn)紫外部分，稱為賴曼系。k=3所表示的譜系在紅外部分，稱為帕邢系。k=4和k=5所表示的譜系也都在紅外范圍，分別稱為布喇開系和普芳德系。在某一瞬時(shí)，一個(gè)氫原子只能發(fā)射一個(gè)一定頻率的光子，這一頻率相應(yīng)于一條譜線，不