第4节氢原子光谱与能级结构 1.氢原子光谱的特点之一是从红外区到紫外区呈现 多条具有确定波长的谱线Hα、Hβ、Hγ、Hδ等，这 些谱线可以帮助我们判断化合物中是否含有氢。 2．氢原子光谱的特点之二是从长波到短波，Hα～ Hδ等谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律 性，即＝R(n＝3,4,5，6，…)。 3．玻尔理论的成功之处是引入了量子化的概念， 解释了原子结构和氢原子光谱的关系。但在推导过 程中仍采用了经典力学的方法，因此是一种半经典 的量子论。 1．氢原子光谱的特点 (1)从红外区到紫外区呈现多条具有确定波长的谱线；Hα～Hδ的这几个波长数值成了氢原子的“印记”，不论是何种化合物的光谱，只要它里面含有这些波长的光谱线，就能断定这种化合物里一定含有氢。 (2)从长波到短波，Hα～Hδ等谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性。 2．巴尔末公式 ＝R(n＝3,4,5，…)，其中R叫做里德伯常量，数值为R＝1.096_775_81×107_m－1。 3．玻尔理论对氢光谱的解释 (1)理论推导 按照玻尔原子理论，氢原子的电子从能量较高的能级跃迁到n＝2的能级上时，辐射出的光子能量应为hν＝En－E2，根据氢原子的能级公式En＝可得E2＝，由此可得hν＝－E1，由于c＝λν，所以上式可写成＝，把这个式子与巴尔末公式比较，可以看出它们的形式是完全一样的，并且R＝，计算出－的值为1.097×107 m－1与里德伯常量的实验值符合得很好。这就是说，根据玻尔理论，不但可以推导出表示氢原子光谱规律性的公式，而且还可以从理论上来计算里德伯常量的值。 由此可知，氢原子光谱的巴尔末系是电子从n＝3,4,5,6，…能级跃迁到n＝2的能级时辐射出来的。其中Hα～Hδ在可见光区。 (2)玻尔理论的成功和局限性 成功 之处 冲破了能量连续变化的束缚，认为能量是量子化的 根据量子化能量计算光的发射频率和吸收频率 局限性 利用经典力学的方法推导电子轨道半径，是一种半经典的量子论 1．自主思考———判一判 (1)氢原子光谱是不连续的，是由若干频率的光组成的。(√) (2)由于原子都是由原子核和核外电子组成的，所以各种原子的原子光谱是相同的。(×) (3)由于不同元素的原子结构不同，所以不同元素的原子光谱也不相同。(√) (4)玻尔理论是完整的量子化理论。(×) (5)玻尔理论成功的解释了氢原子光谱的实验规律。(√) (6)玻尔理论不但能解释氢原子光谱，也能解释复杂原子的光谱。(×) 2．合作探究———议一议 (1)氢原子光谱有什么特征，不同区域的特征光谱满足的规律是否相同？ 提示：氢原子光谱是分立的线状谱。它在可见光区的谱线满足巴耳末公式，在红外和紫外光区的其他谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。 (2)玻尔理论的成功和局限是什么？ 提示：成功之处在于引入了量子化的观念，局限之处在于保留了经典粒子的观念，把电子的运动看做是经典力作用下的轨道运动。 氢原子光谱的理解 1．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。 2．氢原子光谱线是最早发现、研究的光谱线，应注意以下几点： (1)氢原子光谱是线状的、不连续的，波长只能是分立的值。 (2)谱线之间有一定的关系，可用一个统一的公式＝R表达。 式中m＝2对应巴尔末公式：＝R，n＝3,4,5…。其谱线称为巴尔末线系，是氢原子核外电子由高能级跃迁至n＝2的能级时产生的光谱，其中Hα～Hδ在可见光区。由于光的频率不同，其颜色不同。 m＝1 对应赖曼系 m＝3 对应帕邢系 即赖曼系(在紫外区)，＝R，n＝2,3,4… 帕邢系(在红外区)，＝R，n＝4,5,6… [特别提醒] 氢原子的线状光谱反映了原子能量的量子化。 [例1] 在可见光范围内，氢原子光谱中波长最长的2条谱线所对应的基数为n，已知里德伯常 ... ...
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