【汇旺担保】 氢原子光谱

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[拼音]:qingyuanzi guangpu

[英文]:atomic spectrum of hydrogen

最简单的原子光谱,由A.J.埃斯特朗首先从氢放电管中获得,后来W.哈根斯和H.C.沃格耳等人在拍摄恒星光谱中也发现了氢原子光谱线。到1885年,人们已在可见光和近紫外光谱区发现了氢原子光谱的14条谱线,谱线强度和间隔都沿著短波方向递减。其中可见光区有 4条, 分别用

表示。其波长的粗略值分别为6562.8┱、4861.3┱、4340.5┱和4101.7┱。1885年,瑞士物理学家J.J.巴耳末首先把上述光谱用经验公式:

1890年J.R.里德伯把巴耳末公式简化为

式中

,称为里德伯常数,其值为(1.096775854±0.000000083)×10%m-1。 后来又相继发现了氢原子的其他谱线系,都可以用类似的公式表示。把波长的倒数称波数,单位是m-1,则氢原子光谱的各谱线系的波数都可用一个普遍公式表示:

对于一个已知线系,m为一定值,而n为比m大的一系列整数。此式称为广义巴耳末公式。氢原子光谱现已命名的6个线系如下:

赖曼系m=1,n=2,3,4,…紫外区

巴耳末系m=2,n=3,4,5,…可见光区

帕邢系m=3,n=4,5,6,…红外区

布喇开系m=4,n=5,6,7,…近红外区

芬德系m=5,n=6,7,8,…远红外区

汉弗莱系m=6,n=7,8,9,…远红外区在广义巴耳末公式中,若令

,为光谱项,则该式可写成

氢原子任一光谱线的波数可表示为两光谱项之差的规律称为并合原则,或称里兹组合原则。

对于核外只有一个电子的类氢离子(如He+,Li+2等)广义巴耳末公式仍适用,只是核的电量和质量与氢原子核不同,要对里德伯常数R作相应的变动。

当用分辨本领很高的分光仪器去观察氢原子的各条光谱线时,发现它们又由若干相近的谱线组成,这称为氢原子光谱线的精细结构。它来源于氢原子能级的细致分裂。分裂的主要原因是①相对论效应所引起的附加能量ΔEr;

(2)电子自旋和轨道相互作用所引起的附加能量ΔEιε 。同时考虑以上两个因素后,算得氢原子的能级公式为

式中h为普朗克常数

с为真空中的光速

R为里德伯常数;n为主量子数

j为总角动量量子数

,这说明按量子力学理论氢原子两个不同l而n、j相同的能级具有相同的能量,对l是简并的。精细结构还与原子序数有关,氢能级的精细结构分裂比其他原子(如钠)的小。早期用高分辨光谱仪器曾观察到氢的Hα线的部分精细结构,分析后发现与量子力学理论有细小不符之处。

1947年W.E.兰姆和 R.C.雷瑟福用分子束磁共振法研究氢原子能级的精细结构时测得22S½比 22P½高出0.033cm-1,现在称之为兰姆移位,它很快由量子电动力学得到了解释。

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