高中化学 1.1《原子核外电子的运动》素材 苏教版选修3VIP专享

第一单元 原子核外电子的运动氢原子光谱最简单的原子光谱，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着短波方向递减。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：表示出来，式中 B 为一常数。这组谱线称为巴耳末线系。当 n→∞时，λ→B，为这个线系的极限，这时邻近二谱线的波长之差趋于零。下图是巴耳末线系的示意图。 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+，Li2+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；为总角动量量子数；α 称为精细结构常数，其值很小，因此第二项远小于第一项。如果忽略第二项，上式就是玻尔氢原子理论的氢原子能级公式；若保留第二项,则每一主量...