И ядерная модель Резерфорда

Раздел 2. ЭЛЕМЕНТЫ АТОМНОЙ

ФИЗИКИ И КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ

Лекция 7. Спектр атома водорода

И теория Бора

План лекции

7.1. Линейчатые спектры атомов. Модели строения атома – модель Томсона и ядерная модель Резерфорда.

7.2. Постулаты Бора. Атом водорода по Бору.

7.3. Опыты Франка и Герца.

Линейчатые спектры атомов.

Модели строения атома – модель Томсона

и ядерная модель Резерфорда

Излучение невзаимодействующих друг с другом атомов (в разреженных газах) состоит из отдельных спектральных линий. Поэтому спектр испускания атомов называется линейчатым.

Изучение атомных спектров послужило ключом к познанию строения атомов. Прежде всего, было замечено, что линии в атомных спектрах расположены не беспорядочно, а объединены в серии линий. Отчетливее всего это обнаруживается в спектре простейшего атома – водорода.

В видимой части спектра атома водорода Бальмер[1] обнаружил, что спектральные линии располагаются в определенном порядке: расстояние между линиями закономерно убывает от более длинных волн к более коротким (рис. 7.1).

656,3 нм 486,1 нм 434,1 нм 410,2 нм ~365 нм

Н_a Н_b Н_g Н_d Н_¥

Рис. 7.1

Длины волн этой серии линий водорода могут быть точно представлены формулой: , где l₀ – константа, а n – целое число, принимающее значения 3, 4, 5 и т.д.

Позднее эта формула была представлена в виде:

(при n = 3, 4, 5, …),

где R = 1,097×10⁷ м^–1 – постоянная Ридберга[2], а формула носит название формулы Бальмера.

Подставив в эту формулу n = 3, мы получим l₃ = 656,3 нм, соответствующую линии спектра Н_a, а для n = ¥ получим

l_∞ ~365,0 нм, что соответствует границе линейчатого спектра серии Бальмера.

В дальнейшем было показано, что в спектре водорода имеется еще несколько серий. В ультрафиолетовой части спектра находится серия Лаймана. Остальные серии лежат в инфракрасной области.

серия Лаймана (n = 2, 3, 4,...) [121,5 нм, 102,5 нм, 97,2 нм];

серия Пашена (n = 4, 5, 6,…) [1875,2 нм, 1281,8 нм и т.д.];

серия Брэкета (n = 5, 6, 7, …) [4,05 мкм, 2,63 мкм];

серия Пфунда (n = 6, 7, 8, …) [7,4 мкм].

Обобщенная формула Бальмера для серий спектральных линий атома водорода имеет вид:

. (Здесь n = m + 1; m = 1, 2, 3, …). (7.1)

Значения длин волн, предсказываемые этой формулой, прекрасно совпадают с экспериментальными. Долгое время раскрыть физический смысл этих формул пытались на основе строения атома в рамках классической физики при использовании определенных моделей атома. Самыми известными являются модели атома Томсона и модель атома Резерфорда.

Поиск по сайту: