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

态（没能量为E K）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

h u =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

he/ 入=E(1/n J/n 2)

其中n=3,4,5,6 .相应波长依次为

h a =656.3nm,h B =486.1 nm,h§=434.1 nm,h Y =410.1 nm.

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=hu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h u =En-Ek时，才能被原子吸收，从En定态跃迁到Ek定态。若不满足h u =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 I-E2= 10.2eV v I2.3ev ;巳—E— 12.09ev v 12.3eVE一E i=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?-E i=4.9ev v 9.0eV,E 3-E I = 7.7eV v 9.0ev,E 4-E I = 8.8ev v 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》