Линейчатый спектр атома водорода.
Формула Бальмера - Ридберга Светящиеся газы дают линейчатые спектры испускания, состоящие из отдельных спектральных линий. Когда свет проходит через газы возникают линейчатые спектры поглощения – каждый атом поглощает те спектральные линии, которые сам может испускать. Спектр – совокупность гармонических составляющих или длин волн. Например, если волна может быть представлена в виде суперпозиции двух волн с частотами ω1 и ω2, то говорят, что спектр имеет две составляющие или две линии с λ1 и λ2. Спектры бывают: а) линейчатые – у атомов и простых молекул разряженных газов; полосатые - - сложные молекулы; сплошные – нагретые твердые тела и жидкости; б) испускания- при электрическом газовом разряде, при нагреве твердых тел и др.; поглощения – свет проходит через газы, жидкости и твердые тела и при этом каждый атом поглощает те спектральные линии, которые сам может испускать; в) дисперсионные (призматические) – получаются при разложении белого света на призме; дифракционные – при разложении на дифракционной решетке; г) атомным – спектр, полученный на атомах (например, разряд в газах); молекулярным (полосатым) – имеет вид полос, образованных близко расположенными спектральными линиями 1) колебательными -> ДИК (дальняя инфракрасная область λ = 0,1 ÷ 1 мм); 2) вращательными -> ИК λ = 1 ÷ 10 мкм; 3) электронно – колебательными (видимая и УФ область спектра λ = 0,3 мкм и выше); д) и т.д. Первым был изучен спектр самого простого элемента – атома водорода. Бальмер в 1885 г. установил, что длины волн известных в то время девяти линий спектра водорода могут быть вычислены по формуле И. Ридберг (шведский ученый) предложил иную форму записи
- формула Бальмера – Ридберга. R’ = 10973731 м-1 – постоянная Ридберга (R’ = 1,1·107 м-1), т.к. где R = R’c = 3,29·1015c-1 – то же постоянная Ридберга. Формула Бальмера – Ридберга впервые указала на особую роль целых чисел в спектральных закономерностях. В настоящее время известно большое число спектральных линий водорода, длины волн которых с большой степенью точности удовлетворяют формуле Бальмера – Ридберга. Из формулы Бальмера – Ридберга видно, что спектральные линии, отличающиеся различными значениями n, образуют группу или серию линий, называемую серией Бальмера. С ростом n спектральные линии серии сближаются друг с другом. Серия Бальмера расположена в видимой части спектра, поэтому была обнаружена первой. В начале XX века в спектре атома водорода было обнаружено ещё несколько серий в невидимых частях спектра. Таким образом, известны следующие серии спектра атома водорода
Все приведенные выше серии могут быть описаны одной формулой, называемой обобщенной формулой Бальмера Сериальные формулы свидетельствуют о существовании физических закономерностей в спектре атома водорода, объяснить которые с помощью классической физики невозможно.
Постулаты Бора. Спектр атома водорода по Бору. Опыты Франка и Герца. Постулаты Бора К 1913 г. имелись три экспериментальных факта, которые не находили объяснения в рамках классической физики:
1. Эмпирические закономерности линейчатого спектра атома водорода, выраженные в формуле Бальмера – Ридберга. 2. Ядерная модель атома Резерфорда. 3. Квантовый характер излучения и поглощения света (тепловое излучение и фотоэффект). Для возможности разрешения возникших затруднений Н. Бор (датский ученый) сформулировал три постулата для водорода и водородоподобных атомов – ядром с зарядом Ze и один электрон движется вокруг ядра. I – й постулат – постулат стационарных состояний: В системе существуют некоторые стационарные состояния, не изменяющиеся во времени без внешних воздействий. В этих состояниях атом не излучает света.
В стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите с ускорением, не излучает света, должен иметь дискретные (квантованные) значения момента импульса III – й постулат – правило орбит: Излучение испускается или поглощается в виде светового кванта энергии при переходе электрона из одного стационарного состояния в другое. Величина светового кванта равна разности энергий стационарных состояний, между которыми совершается переход электрона
n > m – испускание фотона,
Набор возможных дискретных частот Квантовых переходов и определяют линейчатый спектр атома.
Опыты Франка и Герца Первый и третий постулаты Бора были экспериментально подтверждены в опытах Франка и Герца (немецкие ученые) в 1913 г. Вакуумная трубка, заполненная парами ртути (давление р ~13 Па) содержала катод (К), две сетки (С1 и С2) и анод (А). Электроны, испускаемые катодом ускорялись разностью потенциалов, приложенной между К и С1. Между сеткой С2 и А приложен небольшой задерживающий потенциал 0,5 В. Электроны, ускоренные в области, где испытывают соударения с атомами ртути. Электроны, которые имеют после соударения достаточную энергию для преодоления задерживающего потенциала в области 3 (по рисунку), достигают анода. При неупругих соударениях электронов с атомами ртути последние могут возбуждаться. Согласно теории Бора, каждый из атомов ртути может получить лишь вполне определенную энергию, переходя при этом в одно из возбужденных состояний. (Основное состояние n = 1, возбужденное - n = 2, 3, 4,…) Поэтому, если в атомах действительно существуют стационарные состояния, то электроны, сталкиваясь с атомами ртути, должны терять энергию дискретно, определенными порциями, равными разности энергий соответствующих стационарных состояний.
Из опыта следует, что при увеличении ускоряющего потенциала до 4,86 В анодный ток возрастает монотонно. Пройдя при U = 4,86 В через максимум, анодный ток резко падает. Затем опять возрастает при изменении U = 4,86 ÷ 2·4,86 В. При U = 2·4,86 В падает и затем опять возрастает и т.д.
Атом ртути, переходя в основное состояние, испускает свет с λ = 255 нм (УФ), который и был обнаружен в опыте. Таким образом, опыт Франка и Герца подтвердил I и III – й постулаты Бора.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|