实验二钠原子光谱..docVIP

精选文档 实验二 钠原子光谱 碱金属是元素周期表中的第一列元素（ H 除外），包含 Li 、 Na、K、 Rb、Cs、 Fr ，是一 价元素，拥有相像的化学、物理性质。碱金属原子的光谱和氢原子光谱相像，也能够概括成 一些谱线系列， 并且各样不一样的碱金属原子拥有特别相像的谱线系列。 碱金属原子的光谱线 主要由 4 个线系构成：主线系、第一谱线系（漫线系） 、第二辅线系（锐线系）和柏格曼线 系（基线系）。 碱金属原子与氢原子在能级方面存在差异，并且谱线系种类也不完整相同。原子实的 极化和轨道贯串理论很好的解说了这类差异。 进一步对碱金属原子光谱精美构造的研究证明 了电子自旋的存在和原子中电子的自旋与轨道运动的互相作用， 即自旋－轨道互相作用， 这 种作用较弱， 由它惹起了光谱的精美构造。 钠原子光谱及其相应的能级构造拥有碱金属原子光谱和能级构造的典型特点。 本实验经过钠原子光谱的察看与剖析，加深对有关原子构造、原子内部电子的运动、 碱金属原子的外层电子与原子核互相作用以及自旋与轨道运动互相作用的认识， 在剖析光谱 线和丈量波长的基础上， 计算钠原子中价电子的各能级和相应的量子损失， 绘制钠原子的部分能级图。 【实验原理】 原子光谱是研究原子构造的一种重要方法。 1885年，巴尔末（ J.J.Balmer ）依据人们的 观察数据， 发现了氢光谱的规律， 提出了有名的氢光谱线的经验公式。 氢光谱规律的发现为玻尔理论的成立供给了坚固的实验基础，对原子物理学和量子力学的发展起了重要作用。 依据玻尔理论或量子力学中的有关理论，可得出对氢及类氢离子的光谱规律为： ~ 1 1 （2—1） RH n2 n12 2 此中， ~ 为波数， RH 为氢的里德伯常数（ 109 677.58cm ） , n1 和 n2 为整数。 钠是碱金属原子，核外有 11个电子，此中 1s2 2s2 2p 6 这 10个电子形成稳固的满壳层 构造， 并与原子核共同构成原子实， 在最外层只有一个价电子。 在这一点上又与最简单的氢 原子相像，所以纳原子光谱中各谱线的波数 ~ ，也能够用以下关系式表示： ~ 1 1 （2—2） R 2 n2 2 n1 此中 R 为里德伯常数 ( ＝ 109737.31cm -1 ) ，在氢原子光谱中， n1 和 n2 都是正整数，相 应于 n1 ＝ 1， 2， 3，···等值，分别有赖曼谱系，巴耳末谱系，帕邢谱系等。但在钠原 子及其余碱金属原子光谱中， 因为价电子和原子实的互相作用， 表现为原子实的极化和价电 子轨道贯串原子实的作用， 所以使钠原子的能级与氢原子的能级有明显的不一样。 为此，光谱 项中的主量子数 n 用有效量子数 n* 代替，则： 钠原子光谱项能够表示为： 精选文档 精选文档 Tnl R R R （2— 3） ( n / Z ) 2 ( n ) 2 (n l )2 式中 n* n l , l 称为量子数损失， Z * 是原子实的均匀有效电荷， 有效量子数 n* 不 再是整数了。当主量子数 n 越小，价电子越凑近原子实，其运转轨道的椭圆偏爱率越大，角 量子数 l 越小，这时 l 的数值越大，所以量子数损失 l 是一个与 n 、 l 有关的量，量子亏 损是由原子实的极化和价电子在原子实中的贯串惹起的 , 是反应原子实作用于价电子的电场 与点电荷的电场偏离程度的物理量。 理论和实验均证明， 当 n 不是很大时， 量子数损失的大 小主要取决于 l ，而随 n 的变化不大，本实验中近似以为 l 与 n 没关。 各线系中谱线的波数可由以下公式表示： ~ R R R R （2— 4） ( n1 ) 2 (n2 ) 2 ( nl ) 2 ( n l ) 2 式中 n , l 和 n , l 分别为上下能级的主量子数与量子损失，n1 与 n2 分别表示上下能 级的有效量子数，脚标 l 和 l 分别表示上下能级所属轨道量子数。假如令 n 、 l 固定，依 次改变 l （ Z 的选择定章为 l 1 ），则获得一系列的 ~ 再构成一光谱系。光谱中常用 n 、 l 符号表示线系， l 0,1,2,3 ，分别用 s, p, d, f 表示。钠原子光谱往常有以下四个线系。 钠原子有 4个线系： 1、 主线系 : 各谱线的波数能够用下式表示： ~ 3S nP R R n 3,4,5 （ 2—5） s )2 (n p ) 2 (3 是诸 P 能级（ 2P1/2,3/2 ）到基态 3s 能级的跃迁辐射， p 能级是两重能级，能量差跟着主量子数增添而减少， 3S 能级是单能级，所以主线系是双线构造，其双线间的波数差越向短波方向越小。主线系的谱线，除第一条（黄双线）外，都在紫外区。 2、漫线系 (由 D 到 P 间的