【已回答】原子模型是怎么看到的?

怎样得到原子光谱

原子模型是怎么看到的?

      玻尔在研究原子的时候,受到光谱学的启发。光谱学,是十九世纪下半叶的一个非常重要的物理学分支。

      

      当我们在燃烧煤炭的时候,我们可以测量这块煤炭发出的光的频率以及光的颜色。或者,当我们把一块铁熔化的时候,铁的温度就会变得非常高,同时也会发出光。现在我们还有激光器这样的科学仪器,可以测量物体发出的光。所有这些东西发光都是因为原子的作用。也就是说,当我们把一个原子加热到一定温度时,它就会发出光来。这是什么道理呢?

      

      我们以氢原子为例进行解释。氢原子是一个什么样的结构?它的中间有个原子核,原子核外面有一个电子在绕着它跑。如果我们把每一刻电子所在的位置都描绘出来的话,电子就有了一个确定性的轨道。玻尔也是这么想的,他认为电子在原子里面有确定的轨道。但是这些轨道不是任意的,不像我们通常想的那样。如同地球围绕着太阳运转,尽管地球距离太阳1.5亿公里,但是仍然有一个轨道。现在我们想象有一个神奇的力量把地球拉近太阳一点点,这个轨道仍然存在。我们也可以把地球拉远太阳一点点,这个轨道也仍然存在。

      

      那么在原子里面,我们是不是可以把电子挪近原子核一点点,或者挪远一点点呢?玻尔说不可以。他认为电子只能在一些具有确定性的轨道上运转,而这些轨道是可以算出来的。当然,这些轨道有很多,或者说有无限多个。但这无限多个轨道都不是任意的,而是可以用自然数来标记的,也就是1、2、3、4、5,比如第一个轨道,第二个轨道,第三个轨道和第四个轨道等等。就像自然数和一条直线一样,就是完全不同,因此这些轨道也不是连续可变的,玻尔又是怎样发现这些轨道可以用整数标记的呢?

      

      因为在十九世纪下半叶,一些实验物理学家发现,氢原子发出的光的频率也可以用整数来进行标记。光谱并非如同我们想象的那样,是连续性的一个长条,而是一条一条分开的。这就说明,电子在原子里面的轨道必须是能够通过整数标记的,是一条一条分开的,而不是连续变化的。

      

      玻尔的这个发现,对量子论来说非常重要。因为他说明了电子的轨道是一条一条变化的。其中有一个常数也被引入了,这个常数就是普朗克常数。量子论从此进入了量子力学的阶段,尽管那时物理学家还没有用量子力学这个概念。

      

      为什么说玻尔对量子力学做出了重要贡献呢?就是因为他标定的轨道里面有「普朗克常数」,而这个常数是量子力学里面的一个非常重要的常数。这就有点像普朗克发现光的能量子,也就是量子一样。我们把所有可以通过这样分开的整数来量度的东西,统称为量子。

      

      所以从某种意义上来说,玻尔发现了原子里面的量子,也就是原子的能级。能级是一条一条分开的,当电子从一个轨道上跳到另一个轨道上,也就是从一个能级跳到另一个能级上时,它发出来的光是一条一条分开的。而在氢原子里面有一个著名的光谱,叫巴耳末谱线。玻尔用自己的理论,精确地重新计算出巴耳末谱线,这是玻尔了不起的成就。当然,玻尔能把氢原子的一个简单模型推广到所有的原子上,这也是玻尔了不起的地方。

      

      用玻尔的简单氢原子模型来看,当电子从一个能量的状态跳到另一个能量的状态,要辐射一定能量的光,而这个光的光谱是可以被测量的。通过爱因斯坦的理论,光辐射出来的光子的能量和它的频率有关。所以

      

原子光谱的公式?

      氢原子光谱可用下式表示:

      1/λ=R[1/(n1)^2-1/(n2)^2]

      n1=1n2=2,3,4...赖曼线系紫外区

      n1=2n2=3,4,5...巴耳麦线系可见光区

      n1=3n2=4,5,6...帕邢线系红外区

      n1=4n2=5,6,7...布喇开线系红外区

      n1=5n2=6,7,8...逢德线系红外区

人类是怎么发现太阳的辐射光谱的?

      什么是光呢?

      最早对光进行科学研究的一个人,可能要往上追溯到牛顿那个时代,当然牛顿绝对不是第一个。牛顿是最早利用三棱镜,把光分解成七彩光的人。他在此之后又做了很多事情,比如发现:
      (1)颜色与折射率的关系:光线随着它的折射率不同而颜色各异。
      (2)光的色散和复合:光既可以分开,也可以合起来。可以把光谱的颜色重新合成而得到白光。
      (3)自然物的颜色:是由于该物质对某种光线反射得多,而对其他光线反射得少的原因。

棱镜分解白光

      然而,当时主要是对光的一些唯象的描述。

      后来,人们发现光具有波的特性,比如衍射(diffraction)和干涉(interference)。杨氏双缝实验就告诉我们光的干涉,而这用光的波动性解释是最简单的。

光的衍射和干涉

      在特别大的尺度上,你会把它当作高斯光学;只有研究特别小的尺度(跟光的波长相比拟),才会显示它的波动性。

      又过了一百年,人们又意识到光具有粒子性,就是爱因斯坦发现的光电效应。这方面的应用包括测单光子、单电子、微弱的光场等。

      到了上个世纪初的时候,人们开始会更深刻的理解光的本质:它的波粒二相性。

      在整个理解光的年代里,人们也一直在利用光进行科学研究。牛顿的七色光其实相当于分辨率极低的光谱,很难看出其中的细节,全是亮的,看不到其中的暗线。

      19世纪初,夫琅禾费发明了一套装置(分光镜),可以把光散开,发现了很多黑线。他很认真的去辨认了每根线,并去记录它的位置,他记录了将近500条线,其中有324条比较准确。现在用最高分辨率的光谱,我们能从里面差不多能找出25万条吸收线。

      19世纪中叶,本生和基尔霍夫对光展开了现象学的系统的研究,并提出了光谱形成定律:高温不透明的物体(烧红的烙铁)产生连续光谱;高温透明的气体产生发射线谱;连续光谱通过低温透明气体产生吸收线谱。

      那个时候科学的发展集中在化学上。本生和基尔霍夫发现,当观察本生灯透过燃烧的钠盐形成的光谱时,会在589纳米处发现两根暗线,而太阳的光谱的相同位置也有这两条暗线,这说明太阳光谱中也可能含有钠元素。随后的分析给出:
      (1)夫琅和费“在太阳光谱中发现的黑线“就是光谱形成定律中的”连续光谱通过低温透明气体产生的吸收线谱“。也就是说,太阳光谱是太阳光透过太阳大气产生的吸收光谱。
      (2)这些吸收光谱说明太阳大气有钠、钙、铁等多种元素。

      1868年时,法国天文学家让森和英国天文学家洛克耶利用光谱仪观测日珥,在光谱中发现了一条特殊的的***亮线。后来,洛克耶通过对比现有已知元素的光谱线,发现都不符合,宣布那是地球尚未发现的元素,并将它命名为「氦」(helium),取自太阳的希腊文helios。氦在地球上被发现并分离出来却是数十年以后的事情了。

原子光谱的公式?

      公式:
      λ=Bn2/(n2-22)(n=3,4,5,···)
      表示出来,式中B为一常数。这组谱线称为巴耳末线系。当n→∞时,λ→B,为这个线系的极限,这时邻近二谱线的波长之差趋于零。1890年J.里德伯把巴耳末公式简化为:
      1/λ=RH(1/22-1/n2)(n=3,4,5,···)

原子光谱的产生原理?

      原子发射光谱法(AES),是利用物质在热激发或电激发下,每种元素的原子或离子发射特征光谱来判断物质的组成,而进行元素的定性与定量分析的方法.

      原子发射光谱法是根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法.

      原子发射光谱法包括了三个主要的过程,即:

      由光源提供能量使样品蒸发、形成气态原子、并进一步使气态原子激发而

      产生光辐射;

      将光源发出的复合光经单色器分解成按波长顺序排列的谱线,形成光谱;

      用检测器检测光谱中谱线的波长和强度.

      由于待测元素原子的能级结构不同,因此发射谱线的特征不同,据此可对样品进行定性分析;而根据待测元素原子的浓度不同,因此发射强度不同,可实现元素的定量测定