氢原子跃迁与氢原子光谱解读

氢原子跃迁与氢原子光谱

玻尔原子理论第三条假设的“跃迁’指出：原子从一个定态(设能量为En ）跃迁到另一种定 )时．它輻射和吸收一定频率的光于．光子能量由这两个定态能量差决定，即

态(没能量为E

K

hυ=En-Ek

若原于原来处于能级较大的定态——激发态．这时原子处于不稳定的能量状态，一有机会让会释放能量．回到能量较小的激发态或基态（能级最小的定态)．这一过程放出的能量以放出光于的形式实现的，这就是原于发光原因。可见原子发光与能级跃迁有必然联系。对于氢原子它们对应关系如上图所示，从图可知当电子从n＝3、4、5、6这四个激发态跃迁到n＝2的激发态时，可得到可见光区域的氢原子光增，其波长"入"用下列公式计算

hc/入=E

(1/n2-1/n2)

1

其中n=3,4,5,6．相应波长依次为:

h

α=656.3nm,hβ=486.1nm,hδ=434.1nm,hγ=410.1nm.

它们属于可见光，颜色分别为红、蓝、紫、紫。组成谱线叫巴耳末线系；若从n＞1的激发态跃迁到基态，放出一系列光子组成谱线在紫外区，肉眼无法观测,叫赖曼线系.....。

当原子处于基态或能级较低的激发态向高能级跃迁，必须吸收能量。这能量来源有两种途径。

其一、吸收光子能量、光子实质上是一种不连续的能量状态。光的发射与吸收都是一份一份的，每一份能量E=hυ叫光子能量．光子能量不能被分割的。因此原子所吸收的光子只有满足

hυ=En-Ek时，才能被原子吸收，从En定态跃迁到Ek定态。若不满足hυ=En-Ek的光子均不被吸收，原子也就无法跃迁。

例如用能量为123eV的光子去照射一群处于基态的氢原子．下列关于氢原子跃迁的说法中正确的是（）

1）原子能跃迁到n=2的轨道上;2）原子能跃迁到n＝3的轨道；

4）原子能跃迁到n=4的轨道上;3）原子不能跃迁。

通过计算可知E

1-E

2

＝10.2eV＜I2.3ev；E

3

－E

1

＝12.09ev＜12.3eV,E

4

一E

1

=12.75eV＞12.3eV，

即任意两定态能级差均不等于12.3eV．此光子原子无法吸收。答案D）正确。

其二、吸收电子碰撞能量。夫兰克——赫兹实验指出：当电子速度达到一定数值时，与原子碰撞是非弹性的，电子把一份份能量传给原子，使原子从一个较低能级跃迁到较高能级，原子从电子处获得能量只能等于两定态能量差。电子与光子不同．其能量不是一份一份的只要人射电子能量大于或等于两定态能量差．

均可使原子发生能级跃迁。

例如,已知汞原子可能能级如下图所示,一个自由电子总能量为9.0电子伏与处于基态的汞原子发生碰撞，已知碰撞过程中不计汞原子动能变化，则电子剩余能量为（）

（A）0.2eV；（B）1.4eV（C）2.3eV（D）5.5eV．

因为E

2-E

1

=4.9ev＜9.0eV,E

3

-E

1

＝7.7eV＜9.0ev,E

4

-E

1

＝8.8ev＜9.0ev.

满足人射电子能量大于两定态能量差 .处于基态汞原子分别吸收电子部分能量跃迁到n= 2、3．4能级,而电子剩余能量分别为4.1ev,1.3ev,0.2ev,只选项（A）正确。

摘自《物理园地》