spetra and energy levels in atoms光譜和原子能級(jí)

1、5.2.1. Black body radiation and Plancks quantum hypothesis 黑體輻射和普朗克量子假說(shuō)黑體輻射和普朗克量子假說(shuō)5.2.2 The photoelectric effect and Einsteins photoelectron theory 光電效應(yīng)和愛(ài)因斯坦光電理論光電效應(yīng)和愛(ài)因斯坦光電理論5.2.3 Spectra and energy levels in atom光譜和原子能級(jí)光譜和原子能級(jí)The beginning of quantum mechanics牛頓：牛頓： 若要了解物質(zhì)的內(nèi)部情況，若要了解物質(zhì)的內(nèi)部情況，只要看其光譜就

2、可以了只要看其光譜就可以了.Spectrometer 分光儀分光儀,光譜儀光譜儀Diffraction Grating 衍射光柵An optical device used to disperse light into a spectrum. It is ruled with closely-spaced, fine, parallel grooves , typically several thousand per cm, that produce interference patterns in a way that separates all the components of the

3、incoming light. 光柵中涉及到的主要光現(xiàn)象：interference ， diffraction，dispersion reflection and refraction.transmission gratingreflection gratingSpectrometer 分光儀分光儀Spectrometer 分光儀分光儀Types of spectra Spectrumthe characteristic distribution of electromagnetic radiation emitted or absorbed by that particular object

4、Line spectra 稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光譜是是線狀線狀光譜。光譜。線狀線狀光譜是光譜是由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的，也叫，也叫原子光譜原子光譜。sources of line spectra in the lab Gases contained in discharge tube原理：原理：玻璃管中的稀薄氣體的分子玻璃管中的稀薄氣體的分子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下會(huì)電離，成為自由在強(qiáng)電場(chǎng)作用下會(huì)電離，成為自由移動(dòng)的正負(fù)電荷，于是氣體變成導(dǎo)移動(dòng)的正負(fù)電荷，于是氣體變成導(dǎo)體，導(dǎo)電時(shí)會(huì)發(fā)光。體，導(dǎo)電時(shí)會(huì)發(fā)光。sources of line spectr

5、a in the lab Substances Heated in a blue Bunsen flameeg: hydrogen spectrumGas discharge tubeContinuous spectra 熾熱的固體、液體及高壓氣體熾熱的固體、液體及高壓氣體的光譜，是由的光譜，是由連續(xù)連續(xù)分布的一切波分布的一切波長(zhǎng)的光組成的，這種光譜叫做長(zhǎng)的光組成的，這種光譜叫做連續(xù)光譜連續(xù)光譜。Newton: discovery of continuous spectrum of sunlight (1665)Absorption spectra 吸收光譜Sodium VaporAbsorp

6、tion spectra 吸收光譜Sodium Vapor高溫物體發(fā)出的白光（其中高溫物體發(fā)出的白光（其中包含連續(xù)分布的一切波長(zhǎng)包含連續(xù)分布的一切波長(zhǎng)的光）通過(guò)物質(zhì)時(shí)，的光）通過(guò)物質(zhì)時(shí)，某些某些波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)波長(zhǎng)的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜，叫做吸收光譜生的光譜，叫做吸收光譜。這表明，這表明，低溫氣體原子吸收的光，恰好就是這種原子在高溫時(shí)發(fā)出低溫氣體原子吸收的光，恰好就是這種原子在高溫時(shí)發(fā)出的光。的光。因此吸收光譜中的暗譜線與明線相對(duì)應(yīng)，也是原子的特征因此吸收光譜中的暗譜線與明線相對(duì)應(yīng)，也是原子的特征譜線。譜線。著名的著名的“雙黃線雙黃線”德國(guó)物理學(xué)家夫瑯和費(fèi)Fraunhofer: in

7、vention of spectrometer and discovery of dark lines in solar spectrum (containing 324 lines)(1815)太陽(yáng)的光譜是吸收光譜。太陽(yáng)的光譜是吸收光譜。 Compare the Solar spectrum with the Hydrogen and Helium spectra .spectra can tell us the possible elements existed in the substance. Compare the emission spectra with the absorpti

8、on spectra . What is the difference? Any rules?各種元素都只能發(fā)出具有本身特征的某些波長(zhǎng)的光，各種元素都只能發(fā)出具有本身特征的某些波長(zhǎng)的光，線狀線狀光譜的譜線也叫原子的特征譜線。光譜的譜線也叫原子的特征譜線。 由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來(lái)鑒別物質(zhì)和確定的化學(xué)組成。這種方法叫做光譜光譜來(lái)鑒別物質(zhì)和確定的化學(xué)組成。這種方法叫做光譜分析。分析。Some truth about spectraSome truth about spectra 同種原子的發(fā)射光譜與吸收光譜的頻率相同。同種原子的

9、發(fā)射光譜與吸收光譜的頻率相同。著名的著名的“雙黃線雙黃線”Some truth about spectra 用氣體研究原子光譜。用氣體研究原子光譜。(氣體放電管研究發(fā)射光譜，平常氣體研究吸收光譜。) 每種原子有特定的光譜每種原子有特定的光譜（每條線有特定波長(zhǎng)wavelength、強(qiáng)度intensity與寬度broadening）。三種光譜的聯(lián)系三種光譜的聯(lián)系Some truth about spectraExperiment time!Gases contained in discharge tube原理：原理：玻璃管中的稀薄氣體的分子玻璃管中的稀薄氣體的分子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下會(huì)電離，成為自由在強(qiáng)

10、電場(chǎng)作用下會(huì)電離，成為自由移動(dòng)的正負(fù)電荷，于是氣體變成導(dǎo)移動(dòng)的正負(fù)電荷，于是氣體變成導(dǎo)體，導(dǎo)電時(shí)會(huì)發(fā)光。體，導(dǎo)電時(shí)會(huì)發(fā)光。氣體放電管氣體放電管 Why do the spectra of elements only show emission and absorption of light at particular wavelengths?Homework P161 ,Q1 and Q3 Review “Atomic electron energies” from page 158 to page 159. Questions from students 1.金屬鈉的光譜只有兩條嗎？ 2.為

11、什么有的物質(zhì)光譜是連續(xù)的，有些是線性的？本質(zhì)原因在哪里？ 3.吸收光譜是如何產(chǎn)生的？玻爾玻爾（18851962）玻爾理論的主要內(nèi)容：玻爾理論的主要內(nèi)容： 1 1、原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)、原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)(energy levels)(energy levels)中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并中，在這些狀態(tài)中原子是穩(wěn)定的，電子雖然繞核運(yùn)動(dòng)，但并不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫不向外輻射能量。這些狀態(tài)叫定態(tài)定態(tài)(state)(state)。2 2、原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為、原子從一種定態(tài)（設(shè)能量為E E初初）躍遷到另一種定態(tài)（設(shè)）躍遷到另一種定態(tài)（設(shè)能

12、量為能量為E E終終）時(shí)，它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子）時(shí)，它輻射（或吸收）一定頻率的光子，光子的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即的能量由這兩種定態(tài)的能量差決定，即E初初 E終終. h f=3 3、原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)、原子的不同能量狀態(tài)跟電子沿不同的圓形軌道繞核運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的相對(duì)應(yīng)。原子的定態(tài)是不連續(xù)的，因此電子的可能軌道的分布也是不連續(xù)的。分布也是不連續(xù)的。4 3 2 1 E4E3E2E1定態(tài)假設(shè)定態(tài)假設(shè)躍遷假設(shè)躍遷假設(shè)4 3 2 1 E4E3E2E1軌道假設(shè)軌道假設(shè)4 3 2 1H f=E初初 E未未玻爾模型玻爾

13、模型Energy levels in hydrogen atomPage158-159 A photon with a particular wavelength represents a fixed amount of energy.eVJEhchfE89. 11003. 3105 .6561031063. 6199834 Emission spectrum-each bright line corresponds to the atom losing a fixed amount of energy , given out as a photon. Absorption spectrum-

14、each dark line corresponds to the atom absorbing a fixed amount of energy, this energy can come from photon, heat or collision.NB 1 1、能級(jí)能級(jí)：氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量值，叫它的能級(jí)。：氫原子的各個(gè)定態(tài)的能量值，叫它的能級(jí)。 2 2、基態(tài)基態(tài)：在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級(jí)，這時(shí)電子在：在正常狀態(tài)下，原子處于最低能級(jí)，這時(shí)電子在離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，這種定態(tài)叫基態(tài)。離核最近的軌道上運(yùn)動(dòng)，這種定態(tài)叫基態(tài)。 3 3、激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)：除基態(tài)以外的能量較高的其他能級(jí)，：除基

15、態(tài)以外的能量較高的其他能級(jí)，叫做激發(fā)態(tài)。叫做激發(fā)態(tài)。 4 4、原子發(fā)光現(xiàn)象原子發(fā)光現(xiàn)象：原子從較高的激發(fā)態(tài)向較低的激發(fā)態(tài)或：原子從較高的激發(fā)態(tài)向較低的激發(fā)態(tài)或基態(tài)躍遷的過(guò)程，是輻射能量的過(guò)程，這個(gè)能量以光子的形式基態(tài)躍遷的過(guò)程，是輻射能量的過(guò)程，這個(gè)能量以光子的形式輻射出去，這就是原子發(fā)光現(xiàn)象。輻射出去，這就是原子發(fā)光現(xiàn)象。 NB 從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子；從低能級(jí)向高能級(jí)躍從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷時(shí)放出光子；從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)可能是吸收光子，也可能是由于碰撞、加熱等方式來(lái)傳遞遷時(shí)可能是吸收光子，也可能是由于碰撞、加熱等方式來(lái)傳遞能量）。能量）。 原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)只能吸收一定頻

16、率的光子；原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)只能吸收一定頻率的光子； 而從某一能級(jí)到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的而從某一能級(jí)到被電離可以吸收能量大于或等于電離能的任何頻率的光子。（如在基態(tài)，可以吸收任何頻率的光子。（如在基態(tài)，可以吸收E E 13.6eV13.6eV的任何光的任何光子，所吸收的能量除用于電離外，都轉(zhuǎn)化為電離出去的電子的子，所吸收的能量除用于電離外，都轉(zhuǎn)化為電離出去的電子的動(dòng)能）。動(dòng)能）。 若由于碰撞原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)，碰撞粒子的動(dòng)若由于碰撞原子從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷時(shí)，碰撞粒子的動(dòng)能必須大于或等于兩能級(jí)間的能量差。能必須大于或等于兩能級(jí)間的能量差。弗蘭克弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)。赫

17、茲實(shí)驗(yàn)。電子云電子云Homework Energy level-electrons in a atom can only move in particular quantized obits. Each obit with electronic discrete energy value is the energy level. Ground state-the state in which the atom has the least energy. Ionization-the process that the electron escapes from the attraction of

18、 the nucleus altogether when given enough energy. Excited state-An excited state is any state with energy greater than the ground state. State how the line spectra are produced using energy level theory. The production of lines is due to the existence of distinct energy levels within the atom. When the electro