原子物理第二章.pptVIP

对二次电离的，Z=3，三次电离的，Z=4。这两种离子的光谱，应分别由以下二式代表对于类氢离子，按玻尔理论的，若量子数m，n取得合适，类氢离子的部分谱线应和氢原子的谱线完全重合。但实验观察到的它们的波数略有差别。导致此差别的原因是由于不同原子或离子的里德伯常数的差别，这又是由不同的原子核质量引起的。第62页，共125页，星期日，2025年，2月5日三、肯定氘的存在利用R与原子核质量的相关关系，可以用来识别元素的同位素，重氢氘的发现就是一个例子。起初有人从原子质量的测定问题中估计有质量是氢的2倍的重氢存在。但即使存在，含量也很低（现在知道是氢的0.0148%），因此它的谱线很弱，不容易观察到。1932年美国化学家尤雷（Ureg）把3L液氢蒸发到不足1mL，这样就提高了剩余液氢中重氢的含量（平常氢很容易蒸发），将其装入放电管摄取其光谱。第63页，共125页，星期日，2025年，2月5日结果发现，在氢的线（656.279nm）的旁边还有一条谱线（656.100nm）两者只差0.179nm。他假定这条谱线是重氢氘（D）发出的，并认为这种重氢的质量，是氢的一种同位素。由里德伯常数所以第64页，共125页，星期日，2025年，2月5日选择氢和氘与光谱表达式中m和n都相同的同一条谱线，则由公式得于是计算值与实验值符合得很好，从而证实了氘的存在。尤雷的这一工作促进了同位素化学的进展，为此他获得了1934年的诺贝尔化学奖。第65页，共125页，星期日，2025年，2月5日例2、试计算氘的里德伯常数，并给出轻氢和重氢的巴耳末系中前四条谱线的波长差。解：重氢原子的里德伯常数为设和为氢和氘从n态到m=2态跃迁辐射的光波长，则第66页，共125页，星期日，2025年，2月5日所以计算结果列表如下：656.285486.132434.049410.1730.1790.1320.1180.112第67页，共125页，星期日，2025年，2月5日四、非量子化轨道前面介绍了量子化轨道及能量当时，，而，电子已远离原子核，不再受到核电场束缚作用，成为一个自由电子，这时的原子处于电离状态，相应的势能为零。已知基态的能量为-13.6eV，则氢原子电离能和结合能都为13.6eV。第68页，共125页，星期日，2025年，2月5日自由电子的能量由它的动能决定，等于，所以能量是正值，并可以连续地变化。这相当于能级图上的连续能量区。具体情况是，有些电子离原子核很远时，具有动能（是正值），这时势能是零，所以总能就等于动能。当这电子向原子核接近时，它走的路径按照力学是一个双曲线的一支，轨道是不闭合的，在这轨道上任何点的能量等于电子离原子核很远时的能量，是正值，可写成这个能量不是量子化的，可以取任何正值。第69页，共125页，星期日，2025年，2月5日如果电子从这个非量子化轨道跃迁到一个量子化的轨道，原子就要发射一个光子，其能量为右边第一项可以是零起的任何正值，第二项相当于一个线系限的能量。所以发出的光的频率是连续变化的，它的数值从线系限起向上增加，即这连续带从线系限起向短波方向延伸。第70页，共125页，星期日，2025年，2月5日§2.4实验验证之二：弗兰克—赫兹实验原子光谱分立性原子内部能量量子化证据一、基本想法光谱实验：从电磁波发射或吸收的分立特征证明量子态。玻尔理论：原子内部存在稳定的量子态；电子在量子态之间跃迁时伴随有电磁波的发射或吸收。TheNobelPrizeinPhysics1925第71页，共125页，星期日，2025年，2月5日根据以上原理，1914年德国的物理学家弗兰克（Franck）和赫兹（Hertz），用电子碰撞原子的方法使原子激发，由低能态跃迁到高能态，从而进一步证实了原子能级量子化的理论。弗兰克-赫兹实验：用电子束激发原子，测量原子的激发电势和电离电势，证实原子有不连续的能级存在。原子只能吸收或辐射相当于两定态间能量差的能量。如果处于基态的原子要发生状态改变，所具备的能量不能少于原子从基态跃迁到第一激发态时所需要的能量。第72页，共125页，星期日，2025年，2月5日弹性碰撞——碰撞前后