第3节-类氢原子光谱概要.ppt

1、2.3、类氢离子光谱,氢原子的结构：原子核带一个单位的正电荷，核外有一个电子绕核运动。,类氢离子的结构：原子核带Z个单位的正电荷，核外有一个电子绕核运动。,相同处：核外有一个电子。不同处：Z不同，核质量不同,氦离子He+、锂离子Li+、铍离子Be+等为类氢离子。利用加速器技术已能产生O7+、Cl16+、Ar17+那样的高Z的类氢离子。,类氢离子与氢原子,1897年，天文学家毕克林（Pickering）在星光谱中发现有一系列谱线非常类似氢光谱中的巴耳未线系的线系，称为毕克林线系。,毕克林系可以分为两组：一组几乎与巴耳末线系（蓝色）的谱线相重合，但显然波长稍有差别（红色）。一组大约分布在两条相邻的

2、巴耳末线系的谱线之间。,一、毕克林线系,毕克林认为：该谱线是星体上一种特殊的氢所发的谱线。,里德伯根据毕克林系谱线，得到如下公式：,当 等整数时，得到与巴耳末线系相近的那组谱线； 当 等半整数时，得到夹在中间的那组谱线。,里德伯认为这些谱线都属于氢的，但在实验室中总是观察不到这类谱线，而只存在于宇宙星体光谱中，因此他认为这是星体特殊条件下存在的一种不同于地球上的氢，把它叫做宇宙氢。,但如果真的有宇宙氢存在，把毕克林线系当作氢的一个线系的话，玻尔理论是无法解释的。,玻尔认为：毕克林线系属于氦离子He+。氦离子He+与氢原子很相似，不同之处是核的质量较大（4MH），电荷比氢大一倍。,若在玻尔有关氢

3、原子的公式中，以Z=2代入，则玻尔理论完全适用于氦离子He+：,二、玻尔理论对He+光谱的解释,表示He的里德伯常数，对每一个m，均有n=m+1、m+2、m+3，代表He+的一个线系，也应包括毕克林线系。,若取m=4，则n=5、6、7，则由玻尔理论可知：,毕克林线系,由于m=4，n4都是较高的激发态，所以在高温的星体中易于激发它们，这就是最先在星体光谱中发现它们的原因。,1912年，有人在氢中掺杂一些氦的实验中，发现了这些谱线，后来又在纯氦的实验装置中发现了这些谱线，而在纯氢的装置中始终找不到它们，这就完全证明了玻尔的观点。,由此可见，玻尔不仅成功地解释了类氢离子光谱，而且还正确地解释了曾经为

4、实验家们所误解的事实。,当m等于不同的整数时，将代表氦离子的各种谱线系，它们也陆续被发现：,m=1，n=2, 3, 4远紫外区，1916年由赖曼发现；,m=2，n=3, 4, 5远紫外区，1916年由赖曼发现；,m=3，n=4, 5, 6系，1916年由福勒(Fowler)发现；,m=4，n=5, 6, 7 毕克林系，1897年由毕克林发现；,Li+（Z=3）：,Be+（Z=4）：,一般类氢离子光谱 ：,三、里德伯常数的修正,发现 当等偶数时，毕克林线系与巴耳末线系几乎重合，但波长稍有差别。这是由于两种原子的里德伯常数的差别而引起的。,不同的原子，R值不同是由于原子核质量不同。,在前面曾假定原

5、子核固定不动，这只有在原子核的质量与电子的质量相比可视为无限大时，才是正确的。,考虑到原子核的运动，原子中的运动就不再是电子绕核的圆周运动而是电子和原子核绕它们的质心运动。,实际上，原子核的质量虽然远大于电子的质量，不能把它视为无限大，它仍有运动，其运动引起的一些效应还是可以观察到的，如毕克林线系和巴耳末线系的差别。,折合质量：,考虑到原子核的运动，需将氢原子理论中的电子质量m换为折合质量，则全部公式都是适用的。,波尔公式修正,若考虑核的运动， ，M 大 RA 也大。,例如：,故毕克林线系中相近于巴耳末线系的那一组谱线都比氢原子相应的谱线波长稍短些。,氢的同位素氘的证实,玻尔理论的成功，还有一个出色的例子，这就是证实了氘的存在。 1932年，美国化学家尤雷发现所摄赖曼线系的头四条谱线都是双线，并利用里德伯常数与原子核质量的相关性，肯定了氢的同位素氘的存在。,玻尔理论在解释氢原子光谱和类氢离子光谱等方面获得了令人信服的成功。,其中,例1：如果氘和氢各自的红线的波长分别是656.101nm 和656.280nm,试确定氘和氢的质量比。,解： 线（656.280nm）是巴耳末线系的第一条谱线,其中,例2：Li原子序数Z=3，其光谱的主线系可用下