第第三三节节氢原子光谱氢原子光谱安陆市第一高级中学.知识回顾知识回顾 卢瑟福原子有核模型：卢瑟福原子有核模型： 原子的中心是原子核，几乎占有原子的原子的中心是原子核，几乎占有原子的全部质量，集中了原子中全部的正电荷。全部质量，集中了原子中全部的正电荷。 电子绕原子核旋转。电子绕原子核旋转。 原子核的体积比原子的体积小得多。原子核的体积比原子的体积小得多。原子半径原子半径1010-10-10m m，原子核半径，原子核半径1010-14-14 10 10-15-15m m 关于原子的结构，人们提出各种不同的模型，关于原子的结构，人们提出各种不同的模型，经公认的是经公认的是19111911年卢瑟福在年卢瑟福在 粒子散射实验基础上提出粒子散射实验基础上提出的核式结构，即的核式结构，即原子是由带正电的原子核和核外作轨道原子是由带正电的原子核和核外作轨道运动的电子组成。运动的电子组成。. 原子核式结构模型的建立，只肯定了原子核式结构模型的建立，只肯定了原子核的存在，但还不知道原子核外电子的情原子核的存在，但还不知道原子核外电子的情况。况。原子中，电子轨道是怎样的？原子中，电子轨道是怎样的？.光谱是通过棱镜把光（不论是在可见光区域还是在不可光谱是通过棱镜把光（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）按波长展开，得到波长（频率）和强度分布见光区域）按波长展开，得到波长（频率）和强度分布的记录。的记录。1919世纪世纪8080年代，光谱学的发展，使人们意识到光谱年代，光谱学的发展，使人们意识到光谱规律实质是显示了原子内在的机理。规律实质是显示了原子内在的机理。一、一、光谱光谱及其分类及其分类.1 1 连续光谱连续光谱: :连续分布连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。的光谱叫做连续光谱。炽热的固体、液体和高压气体炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛的发射光谱是连续光谱。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。焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。 连续光谱连续光谱：是否所有物质发的光都是这样的连续的光谱？是否所有物质发的光都是这样的连续的光谱？（一）（一）物体直接发射产生的光谱物体直接发射产生的光谱称之为称之为发射光谱发射光谱. . 包括连续光谱和包括连续光谱和线状线状光谱光谱. .一、一、光谱光谱及其分类及其分类.2 2 、线线状状光谱光谱: :只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱例如光谱例如: :稀薄气体或金属的蒸气发射的光谱是稀薄气体或金属的蒸气发射的光谱是线状线状光谱光谱. .实践证明实践证明, ,原子不同原子不同, ,发射的明线光谱也不同发射的明线光谱也不同, ,每种原子只每种原子只能发能发出出具有本身特征的某些波长的光具有本身特征的某些波长的光, ,因此因此线状线状光谱的谱光谱的谱线也叫原子特征谱线线也叫原子特征谱线( (相当于原子的身份证相当于原子的身份证).).一、一、光谱光谱及其分类及其分类.（二）（二）吸收光谱吸收光谱高温物体发出的白光高温物体发出的白光( (其中包括连续分布的一切波长的光其中包括连续分布的一切波长的光),),通过物质时通过物质时, ,某些波长的光被物质吸收后产生的光谱某些波长的光被物质吸收后产生的光谱. . 连续光谱连续光谱：此光谱图有何特点？此光谱图有何特点？一、一、光谱光谱及其分类及其分类.思考思考: : 太阳的光谱是什么光谱太阳的光谱是什么光谱?解释解释: :从太阳内部发出的白光温度高于太阳表面大气的温从太阳内部发出的白光温度高于太阳表面大气的温度。所以度。所以当阳光穿过太阳大气层时当阳光穿过太阳大气层时首先穿过的是太阳首先穿过的是太阳大气层大气层, ,某些波长某些波长( (频率频率) )的光就被太阳大气层中所含的元的光就被太阳大气层中所含的元素吸收了素吸收了。但当阳光通过宇宙空间传到地球表面的大气。但当阳光通过宇宙空间传到地球表面的大气层中，比较而言，地球大气吸收能力比较差，一般不能层中，比较而言，地球大气吸收能力比较差，一般不能在太阳可见光谱线中形成吸收谱，所以太阳光在通过地在太阳可见光谱线中形成吸收谱，所以太阳光在通过地球大气层时不会被吸收。球大气层时不会被吸收。.各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，低温气体低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。原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。思考思考: : 同种原子同种原子, ,其发射光谱与吸收光谱有什么特点其发射光谱与吸收光谱有什么特点? ?.二、二、光谱分析：光谱分析： 1 1、光谱分析：由于每一种元素都有自己的特征、光谱分析：由于每一种元素都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质鉴别物质和和确定它的确定它的化学组成化学组成。这种方法叫做光谱分析。这种方法叫做光谱分析。 2 2、光谱分析的的原理：利用、光谱分析的的原理：利用发射光谱发射光谱和和吸收吸收光谱光谱。 3 3、光谱分析的优点：非常灵敏而且迅速。、光谱分析的优点：非常灵敏而且迅速。 4 4、光谱分析的应用：发现、光谱分析的应用：发现新元素新元素和研究天和研究天体的体的化学组成化学组成。. 1885 1885 年瑞士数学家巴耳末把氢原子在可见光的年瑞士数学家巴耳末把氢原子在可见光的谱线归纳为谱线归纳为巴耳末巴耳末公式：公式： 很早，人们就发现氢气放电管获得的氢原子很早，人们就发现氢气放电管获得的氢原子光谱，在可见光范围内有四条谱线。光谱，在可见光范围内有四条谱线。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。H Ha a： 红色红色 656.210 656.210nm； H Hb b ；深绿深绿 486.074 486.074nmH Hg g ： 青色青色 434.010 434.010nm； H Hd d ；紫色紫色 410.120 410.120nm常数常数 巴尔末公式巴尔末公式三三、氢原子光谱的实验规律、氢原子光谱的实验规律.氢原子巴尔末线系氢原子巴尔末线系当当 n n=3=3，4 4，5 5，6,6,为四条可见光谱线为四条可见光谱线H H 、H H 、H H 、H H 当当n=7n=7，8 8，9 9，1010，为四条紫外部分谱线。，为四条紫外部分谱线。H Ha a： 红色红色 656.210nm 656.210nm； H Hb b ：深绿深绿 486.074nm 486.074nmH Hg g ： 青色青色 434.010nm 434.010nm； H Hd d ；紫色紫色 410.120nm 410.120nm 1890 年瑞典物理学家年瑞典物理学家里德伯里德伯提出了一个用波数提出了一个用波数表示的氢原子光谱公式。表示的氢原子光谱公式。三三、氢原子光谱的实验规律、氢原子光谱的实验规律.波数：波数：单位长度内所包含的完整波形数目。单位长度内所包含的完整波形数目。为里德伯常数为里德伯常数令令 氢原子光谱的其它谱线，也先后被发现。氢原子光谱的其它谱线，也先后被发现。一个在一个在紫外区紫外区，由，由莱曼莱曼发现，还有三个在发现，还有三个在红外区红外区，分别分别由帕邢、布喇开、普方德由帕邢、布喇开、普方德发现。发现。巴尔末公式巴尔末公式三三、氢原子光谱的实验规律、氢原子光谱的实验规律.紫外紫外 莱曼系：莱曼系： 可见光可见光 巴尔末系：巴尔末系：红外区：红外区：帕邢系：帕邢系：布喇开系：布喇开系：普方德系：普方德系：三三、氢原子光谱的实验规律、氢原子光谱的实验规律.莱曼系莱曼系莱曼系莱曼系巴巴巴巴尔尔尔尔末末末末系系系系帕邢系帕邢系帕邢系帕邢系布拉开系布拉开系布拉开系布拉开系普方德系普方德系 氢原子光谱不是不相关的，而是有内在联氢原子光谱不是不相关的，而是有内在联系的。表现在其波数可用一普遍公式来表示：系的。表现在其波数可用一普遍公式来表示：式中：式中：n取从取从(m+1)开始的正整数，即开始的正整数，即对应一个对应一个m m就构成一个谱线系。就构成一个谱线系。每一谱线的波数都等于两项的差数。每一谱线的波数都等于两项的差数。（广义巴尔末公式）（广义巴尔末公式）.令：令：有：有：称为光谱项。称为光谱项。氢原子光谱的规律：氢原子光谱的规律：1 1）光谱是线状的，）光谱是线状的，谱线有一定位置。这就是说，谱谱线有一定位置。这就是说，谱线有确定的波长值，而且彼此是分立的。线有确定的波长值，而且彼此是分立的。2 2）谱线间有一定的关系，）谱线间有一定的关系，例如谱线构成一个谱线系，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。线有些也有关系，例如有共同的光谱项。3 3）每一谱线的波数都可以表达为二光谱项之差：）每一谱线的波数都可以表达为二光谱项之差：（里兹合并原理）（里兹合并原理）任一条谱线的波数都等于该元素所固有的许多光谱任一条谱线的波数都等于该元素所固有的许多光谱项中的两项之差，项中的两项之差， 这是这是里兹里兹在在19081908年发现的。年发现的。.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。四四、经典理论的困难、经典理论的困难. 光光 谱谱发发射射光光谱谱定义：由发光体直接产生的光谱定义：由发光体直接产生的光谱连续光谱连续光谱产生条件：产生条件：炽热的固体、液体炽热的固体、液体和和高压气体高压气体发光形成的发光形成的光谱的形式：光谱的形式：连续连续分布，一切波长的光都有分布，一切波长的光都有线状光谱线状光谱（原子光谱）（原子光谱）产生条件：产生条件：稀薄气体发光稀薄气体发光形成的光谱形成的光谱光谱形式：一些光谱形式：一些不连续的明线不连续的明线组成，不同元素的明组成，不同元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）线光谱不同（又叫特征光谱）吸吸收收光光谱谱定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱产生条件：产生条件：炽热的白光通过温度较白光低炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再的气体后，再色散色散形成的形成的光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些一些暗线暗线（与（与特征谱线特征谱线相对应）相对应）课堂小结：课堂小结：各种光谱的特点及成因：各种光谱的特点及成因：.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：原子是稳定的事实上：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。.