氢原子光谱与能级结构课件

第节：氢原子光谱与能级结构 第第第第2 2 2 2章：原子结构章：原子结构章：原子结构章：原子结构第节：氢原子光谱与能级结构 第2章：原子结构氢原子光谱与能级结构课件早在早在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早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把实光谱 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 例子：例子：光谱 复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，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。一、光谱用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长（频率）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。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谱明线光谱。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。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。明线光谱 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 高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波 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。原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分氢原子光谱与能级结构课件氢原子光谱与能级结构课件（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（1）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。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。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。二、氢原子光谱的实验规除了巴耳末系，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。1885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：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其他谱系其他谱系其他谱系 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=巴尔末公式有正整数巴尔末公式有正整数巴尔末公式有正整数巴尔末公式有正整数n n n n出现，这里我们也用正整数出现，这里我们也用正整数出现，这里我们也用正整数出现，这里我们也用正整数n n n n来标志氢来标志氢来标志氢来标志氢原子的能级。它们之间是否有某种关系？原子的能级。它们之间是否有某种关系？原子的能级。它们之间是否有某种关系？原子的能级。它们之间是否有某种关系？巴尔末公式：巴尔末公式：巴尔末公式：巴尔末公式：氢原子能级跃迁与光谱图巴耳末系-13.6 eV-3.40玻玻玻玻尔尔尔尔从从从从上上上上述述述述假假假假设设设设出出出出发发发发，利利利利用用用用库库库库仑仑仑仑定定定定律律律律和和和和牛牛牛牛顿顿顿顿运运运运动动动动定定定定律律律律，计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量计算出了氢的电子可能的轨道半径和对应的能量氢氢氢氢原原原原子子子子能能能能级级级级三、玻尔理论对氢光谱的解释三、玻尔理论对氢光谱的解释玻尔从上述假设出发，利用库仑定律和牛顿运动定律，计算出了氢HHHHn=6n=5n=4n=1n=3n=2巴尔末巴尔末系氢吸系氢吸收光谱收光谱HHHHn=6n=5n=4n=1n=3n=2巴尔末系n=6n=5n=4n=1n=3n=2根据：根据：E=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HHHHn=6n=5n=4n=1n=3n=2根据：E=hv，=c/氢 原 子 的 能 级 图-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE/E/eVeV 基态基态基态基态激发态激发态激发态激发态赖曼系赖曼系赖曼系赖曼系巴巴巴巴耳耳耳耳末末末末系系系系帕帕帕帕邢邢邢邢系系系系布布布布喇喇喇喇开开开开系系系系普普普普丰丰丰丰德德德德系系系系氢原子的能级图-四、卢瑟福模型的困难四、卢瑟福模型的困难四、卢瑟福模型的困难四、卢瑟福模型的困难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。四、卢瑟福模型的困难原子核式结构模型与经典电磁理论的矛盾核外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。五、经典理论的困难五、经典理论的困难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。光子轨道及转动频率不断变化，辐射电磁波频率也是连续的，原子光谢谢 谢谢谢 谢