氢、氘光谱实验报告

实验一（A） 氢、氘光谱实验 【目的要求】 1．测定氢原子与氘原子的巴耳末系发射光谱的波长和氢原子与氘原子的里德伯常数； 2． 了解WGD－8A 型组合式多功能光栅光谱仪的原理和使用方法。 【仪器用具】 氢氘灯、WGD－8A 型组合式多功能光栅光谱仪 【原 理】 光谱是研究物质微观结构的重要手段，它广泛地应用于化学分析、医药、生物、地质、冶金、考古等部门。常用的光谱有吸收光谱、发射光谱、和散射光谱，波段从X 射线、紫外线、可见光、红外光到微波和射频波段。本实验通过用光栅光谱仪测量氢原子与氘原子在可见波段的发射光谱，了解光谱与微观结构（能级）间的联系和掌握光谱测量的基本方法。 1．氢原子光谱 图1 是氢原子的能级图，根据玻尔理论，氢原子的能级公式为： 2220118)(nhenE （n = 1，2，3 … ） （1） 式中)/1/(Mmmee称为约化质量，em 为电子质量，M 为原子核质量，氢原子的mM :等于1836.15。 图1 氢原子的能级图 电子从高能级跃迁到低能级时，发射的光子能量h为两能级间的能量差， )()(nEmEhv （ m > n ） （2） 如以波数/1~ 表示，则上式为 )11()()()()(~22mnRmTnThcnEmEH （3） 式中HR 为氢原子的里德伯常数，单位是1m ，)(nT称为光谱项，它与能级)(nE是对应的。从HR 可得氢原子各能级的能量 21)(nhcRnEH （4） 式中h = 4.13567×10-15eV·s ，c = 2.99792×108m·s-1 从图 1 中可知，从3m至2n跃迁，光子波长位于可见光区，其光谱符合规律 )121(~22mRH （m = 3，4，5 … ） （5） 这就是1885 年巴耳末发现并总结的经验规律，称为巴耳末系。氢原子的莱曼系位于紫外，其他线系均位于红外。 图 2 氢氘光谱 图3 氢氘光谱巴耳尔末线系的 线 具有相同质子数，不同中子数（或不同质量数）同一元素的不同核素互为同位素。氢原子核只有1 个质子没有中子，氘D（又叫重氢）是氢的同位素，它的原子核由一个质子和一个中子组成。氘与氢具有相同的能级结构，因而光谱结构也相同，氢原子光谱的每一组谱线都是两条波长非常接近的谱线，一条是氢原子的谱线，一条是氘原子的谱线。 氢原子和氘原子的巴耳末线系的头几条谱线的波长为：  线  线  线  线 波长 H：656.2 486.13 434.047 410.174 D：656.1 486.01 433.928 410.062 2．仪器组成： W GD-8A 型组合式多功能光栅光...