知识讲解 原子光谱.docx

原子光谱 编稿：张金虎 审稿：吴楠楠 【学习目标】 .知道光谱、发射光谱、吸收光谱、光谱分析等概念； 明确光谱产生的原理及光谱分析的特点； .知道氢原子光谱的实验规律. 了解玻尔原子模型及能级的概念； 理解原子发射和吸收光子的频率与能级差的关系； 知道玻尔对氢光谱的解释以及玻尔理论的局限性. 了解激光产生的原理； 了解激光的特性； 了解激光在日常生活中的应用. 【要点梳理】 要点一、氢原子光谱 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）成分和强度分布的记录，即光谱.用 摄谱仪可以得到光谱的照片. 物质的光谱按其产生方式不同可分为两大类： （1） 发射光谱一一物体直接发出的光通过分光后产生的光谱.它又可分为连续光谱和明线光谱（线 状光谱）. 连续光谱一一由连续分布的一切波长的光（一切单色光）组成的光谱。炽热的固体、液体和高 压气体的发射光谱是连续光谱，如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱. 明线光谱一一只含有一些不连续的亮线的光谱.它是由游离状态的原子发射的，因此也叫原子 光谱.稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱.实验证明，每种元素的原子都有一定特征的明 线光谱。可以使用光谱管观察稀薄气体发光时的明线光谱.不同元素的原子产生的明线光谱是不同的， 但同种元素原子产生的明线光谱是相同的，这意味着，某种物质的原子可从其明线光谱加以鉴别.因 此称某种元素原子的明线光谱的谱线为这种元素原子的特征谱线. （2） 吸收光谱一一高温物体发出的白光通过温度较低的物质时，某些波长的光被该物质吸收后产 生的光谱.这种光谱的特点是在连续光谱的背景上由若干条暗线组成的.例如太阳光谱就是太阳内部 发出的强光经温度较低的太阳大气层时产生的吸收光谱.实验表明，各种原子的吸收光谱中的每一条 暗线都跟该原子的明线光谱中的一条明线相对应.即某种原子发出的光与吸收的光的频率是特定的， 因此吸收光谱中的暗线也是该元素原子的特征谱线. 光谱分析 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它的化学组成，这种方 法叫做光谱分析. 做光谱分析时，可以利用明线光谱，也可以利用吸收光谱.这种方法的优点是非常灵敏而且迅速.某 种元素在物质中的含量达10-10克，就可以从光谱中发现它的特征谱线将其检测出来.光谱分析在科学 技术中有广泛的应用：（1）检查物体的纯度；（2）鉴别和发现元素；（3）天文学上光谱的红移表明恒 星的远离等. 氢原子光谱线 氢原子是自然界中最简单的原子，通过对它的光谱线的研究，可以了解原子的内部结构和性质. 氢原子光谱线是最早发现、研究的光谱线. 巴耳末系(在可见光区). 1885年瑞士的中学数字教师对氢气放电得到的氢原子光谱可见光部分的四条谱线进行了研究 和分析.发现这些谱线的波长可以用一个很简单的数学公式表示. ②巴耳末公式:n ②巴耳末公式: n = 3,4,5, 式中的常数R称为里德伯常量，对于氢原子， 实验测得的值为R = 1.0967758 x 107 m-1. 莱曼系(在紫外区). n = 2,3,4, 帕邢系(在近红外区). n — 4,5,6, 布喇开系(在红外区). TOC \o 1-5 \h \z 1 ( 1 1 \ V — R 厂-—,n — 5,6, 7, X \ 42 n 2) 普丰德系(在远红外区). 1 ( 1 1 \ 亍=R — — — , n — 6, 7, 8, X 152 n 2) .分光镜的原理 用来观察光谱，分析光潜的仪器叫分光镜.分光镜构造原理如图所示. 分光镜构造原理 分光镜构造原理 A为平行光管，由两部分组成，一端有狭缝，另一端有凸透镜，狭缝到凸透镜的距离等于一倍焦 距，狭缝入射的光经凸透镜后变成平行光线，射到三棱镜上. 三棱镜P通过折射将不同颜色的光分开. 通过望远镜筒B可以观察光谱，在MN上放上底片还可以拍摄光谱. 管C在目镜中生成一个标尺，以便对光谱进行定量研究. .氢原子光谱的规律 上面这些光谱线系可用一个统一的公式表示： 式中m = 1,2,3, 对每一个m，有n = m +1, m + 2, m + 3, 构成一个谱线系. 令5 =1, T(m) .三R , T(n) = R上式可变为： … 人 m 2 n 2 v = T (m) 一 T (n). 要点诠释：V称为波数，即波长的倒数.T称为光谱项. 氢光谱是线状的，不连续的，波长只能是分立的值. 谱线之间有一定的关系，可用一个统一的公式(也称广义巴耳末公式)表达：每一个谱线的 波数都可以表达为两个光谱项之差. .其他原子的原子光谱 氢原子光谱是线状的，即辐射的波长具有分立性.氢原子是自然界中最简单的原子.对它的 光谱线的研究所获得的原子内部结构的信息对研究其他复杂原子的结构具有指导意义. 科