Ang isang parang multo na linya ay ibinubuga o hinihigop bilang isang resulta ng isang paglipat sa pagitan ng dalawang magkahiwalay na antas ng enerhiya. Ang mga formula na nakuha sa nakaraang kabanata ay nagbibigay-daan sa amin upang makakuha ng ideya ng spectra ng hydrogen atom at hydrogen-like ions.

14.1. Spectral na serye ng hydrogen atom

Ang spectral series ay isang set ng mga transition na may karaniwang mas mababang antas. Halimbawa, ang serye ng Lyman ng hydrogen atom at hydrogen-like ions ay binubuo ng mga transition sa unang antas: n→ 1, kung saan ang pangunahing quantum number ng itaas na antas, o ang numero nito n, tumatagal ng mga halaga 2, 3, 4, 5, atbp., at ang serye ng Balmer - mga transition n→ 2 para sa n> 2. Ipinapakita ng talahanayan 14.1.1 ang mga pangalan ng unang ilang serye ng hydrogen atom.

Talahanayan 1 4.1.1 Spectral series ng hydrogen atom

	Pamagat ng serye
n → 1	Lyman (Ly)
n → 2	Balmera (H)
n → 3	Pashena (P)
n → 4	Bracket (B)
n → 5	Pfunda (Pf)
n → 6	Humphrey
n → 7	Hansen–Malakas

Ang serye ng Lyman ng hydrogen atom ay ganap na nasa loob ng rehiyon ng vacuum ultraviolet. Sa optical range mayroong serye ng Balmer, at sa malapit na infrared na rehiyon mayroong serye ng Paschen. Ang unang ilang mga transition ng anumang serye ay binibilang ng mga titik ng alpabetong Griyego ayon sa iskema sa Talahanayan 14.1.2:

Talahanayan 14.1.2 Mga pagtatalaga ng mga unang linya ng serye ng parang multo

Dn

Bilang resulta ng isang kusang paglipat mula sa itaas na antas i hanggang sa ibaba j ang isang atom ay naglalabas ng isang quantum, enerhiya Eij na katumbas ng pagkakaiba

Sa panahon ng radiative transition mula sa j sa i ang isang quantum na may parehong enerhiya ay hinihigop. Sa planetaryong modelo ng hydrogen atom, ang enerhiya ng mga antas ay kinakalkula gamit ang formula (13.5.2), at ang singil ng nucleus ay katumbas ng pagkakaisa:

.

Hinahati ang formula na ito sa pamamagitan ng hc, nakukuha namin ang transition wave number:

Ang wavelength sa vacuum ay katumbas ng reciprocal ng wave number:

Habang tumataas ang bilang ng pinakamataas na antas i ang wavelength ng paglipat ay bumababa nang monotonically. Sa kasong ito, magkakalapit ang mga linya nang walang limitasyon. Mayroong mas mababang limitasyon sa wavelength ng serye, na tumutugma sa limitasyon ng ionization. Ito ay karaniwang ipinahihiwatig ng suffix na "C" sa tabi ng simbolo ng serye. Ang Figure 14.1.1 ay nagpapakita ng eskematiko

mga transition, at sa Fig. 14.1.2 - parang multo na mga linya ng serye ng Lyman ng hydrogen atom.

Ang konsentrasyon ng mga antas at linya malapit sa hangganan ng ionization ay malinaw na nakikita.

Gamit ang mga formula (1.3) at (1.4) na may pare-parehong Rydberg (13.6.4), maaari nating kalkulahin ang mga wavelength para sa anumang serye ng hydrogen atom. Ang talahanayan 14.1.3 ay naglalaman ng impormasyon tungkol sa una

Talahanayan 14.1.3. Lyman serye ng hydrogen atom

n		E 12 eV	E 12 , Ry	Haba ng daluyong, Å
				l exp.	l teorya
	Ly a	10. 20	0.75	1215.67	1215.68
	Ly b	12.09	0.89	1025.72	1025.73
	Ly g	12.75	0.94	972.537	972.548
	Ly d	13.05	0.96	949.743	949.754
	LyC	13.60	1.00	______	911.763

mga linya ng serye ng Lyman. Ipinapakita ng unang column ang numero ng numero sa pinakamataas na antas n, sa pangalawa - ang pagtatalaga ng paglipat. Ang ikatlo at ikaapat ay naglalaman ng enerhiya ng paglipat, ayon sa pagkakabanggit, sa electronvolts at sa Rydbergs. Ang ikalima ay naglalaman ng mga sinusukat na wavelength ng mga transition, ang ikaanim ay naglalaman ng kanilang mga teoretikal na halaga, na kinakalkula gamit ang planetaryong modelo. Radiation na may l<2000Å сильно поглощается в земной атмосфере, поэтому длины волн серии Лаймана приведены для вакуума.

Ang mabuting kasunduan sa pagitan ng teorya at eksperimento ay nagpapahiwatig ng pagiging makatwiran ng mga probisyon na pinagbabatayan ng teorya ni Bohr. Ang pagkakaiba sa sandaang bahagi ng isang angstrom ay dahil sa relativistic effect, na binanggit sa nakaraang seksyon. Titingnan natin sila sa ibaba.

Ang formula (1.4) ay nagbibigay ng wavelength sa vacuum λvac. . Para sa optical range (λ > 2000Å), ang spectroscopic table ay nagbibigay ng mga wavelength na λ atm. , na sinusukat sa mga kondisyon ng atmospera ng daigdig. Paglipat sa λ vac. isinagawa sa pamamagitan ng pagpaparami ng refractive index N:

(1.5) λ vac. = N·λ atm. .

Para sa refractive index ng hangin sa normal na kahalumigmigan, ang sumusunod na empirical formula ay wasto:

(1.6) N- 1 = 28.71·10 -5 (1+5.67·10 -3 λ 2 a tm.)

Dito ang atmospheric wavelength ay ipinahayag sa microns. Maaari rin nating palitan ang λvac sa kanang bahagi ng (1.6). : ang isang bahagyang error sa wavelength ay may maliit na epekto sa halaga N – 1.

Impormasyon tungkol sa serye ng Balmer ( j= 2) ay nakapaloob sa Talahanayan 14.1.4. Ang pang-eksperimentong mga wavelength ng paglipat sa ikalimang column ay ibinigay para sa

Talahanayan 14.1.4 Balmer series ng hydrogen

n	Linya	Enerhiya ng paglipat		Haba ng daluyong . , Å
		eV		Nasusukat sa kapaligiran	Teoretikal para sa vacuum	Teoretikal para sa kapaligiran
	H a	1.89	0.14	6562.80	6564.70	6562.78
	H b	2.55	0.18	4861.32	4862.74	4861.27
	H g	2.86	0.21	4340.60	4341.73	4340.40
	H d	3.02	0.22	4101.73	4102.94	4101.66
		3.40	0.25	______	3647	3646

normal na kondisyon ng atmospera. Ang mga teoretikal na wavelength, naitama ang mga repraksyon gamit ang mga formula (1.5) at (1.6), ay ibinibigay sa huling hanay. Ang mga parang multo na linya ng serye ng Balmer ay maaaring ilarawan sa eskematiko

Fig.14.1.3. Ang posisyon ng linya ay minarkahan ng isang kulay na linya; sa itaas - wavelength sa angstroms, sa ibaba - ang tinatanggap na pagtatalaga ng paglipat. Head line H a ay nasa pulang hanay ng spectrum; kadalasan ito ay nagiging pinakamalakas na linya ng serye. Ang natitirang mga transition ay monotonically humina habang ang pangunahing quantum number ng itaas na numero ay tumataas. Linya H b ay matatagpuan sa asul-berdeng rehiyon ng spectrum, at ang natitira ay nasa asul at violet na rehiyon.

Ang kalikasan ng Balmer jump

Ang Balmer jump ay isang depression ng radiation sa spectra ng mga bituin sa wavelength na mas maikli sa 3700 Å. Ipinapakita ng Figure 14.1.4 ang mga pattern ng pag-record ng spectra ng dalawang bituin. pulang hangganan

photoelectric effect dahil sa ionization ng hydrogen atom mula sa pangalawang antas ay minarkahan ng isang pulang tuldok na linya ( l=3646Å), at ang aktwal na Balmer jump ay asul ( l=3700Å). Sa mas mababang spectrum ito ay malinaw nakikita ang depresyon malapit sa asul mga linya. Para sa paghahambing, nasa itaas ang driving star spectrum, na walang anumang feature sa hanay na 3600< l < 3700 Å.

Ang kapansin-pansing pagkakaiba sa pagitan ng pula at asul na mga linya sa Fig. 14.1.4 ay hindi nagpapahintulot sa amin na isaalang-alang ang photoelectric effect bilang direktang sanhi ng hindi pangkaraniwang bagay na isinasaalang-alang. Dito, isang mahalagang papel ang ginagampanan ng superposisyon ng mga linya ng serye ng Balmer sa malalaking halaga n. Kalkulahin natin ang pagkakaiba sa mga wavelength ∆λ ng dalawang magkatabing transition: i→2 at ( i+1)→2. Gamitin natin ang mga formula (1.3), (1.4) nang dalawang beses para sa j= 2, pinapalitan ang index i sa n: Para sa n ? 1 ay maaaring mapabayaan kumpara sa n, pati na rin ang apat kumpara sa ( n+1) 2:

Nakakuha kami ng isang quantitative expression para sa nabanggit na walang limitasyong diskarte ng mga nakatataas na miyembro ng anumang serye ng hydrogen. Ang huling formula para sa n> 10 ay may katumpakan na hindi mas masahol pa sa 5%.

Ang mga linya ng pagsipsip ay may tiyak na lapad, depende sa pisikal na kondisyon sa atmospera ng bituin. Bilang isang rough approximation, maaari itong kunin na 1Å. Isasaalang-alang namin ang dalawang linya na hindi makilala kung ang lapad ng bawat isa sa kanila ay katumbas ng distansya sa pagitan ng mga linya. Pagkatapos mula sa (1.7) lumalabas na ang pagsasama ng mga linya ay dapat mangyari sa n≈15. Tinatayang ang larawang ito ay sinusunod sa spectra ng mga totoong bituin. Kaya, ang Balmer jump ay natutukoy sa pamamagitan ng pagsasama ng matataas na miyembro ng serye ng Balmer. Tatalakayin natin ang isyung ito nang mas detalyado sa ika-labing pitong kabanata.

Balmer serye ng deuterium

Ang nucleus ng isang mabigat na isotope ng hydrogen - deuterium - ay binubuo ng isang proton at isang neutron, at humigit-kumulang dalawang beses na mas mabigat kaysa sa nucleus ng isang hydrogen atom - isang proton. Rydberg pare-pareho para sa deuterium R Ang D (13.6.5) ay mas malaki kaysa sa hydrogen R H, kaya ang mga linya ng deuterium ay inilipat sa asul na bahagi ng spectrum na may kaugnayan sa mga linya ng hydrogen. Ang mga wavelength ng serye ng Balmer ng hydrogen at deuterium, na ipinahayag sa mga angstrom, ay ibinibigay sa Talahanayan. 14.1.5.

Talahanayan 14.1.5. Mga wavelength ng serye ng Balmer ng hydrogen at deuterium.

		deuterium
	6562.78
	4861.27
	4340.40
	4101.66

Ang atomic weight ng tritium ay humigit-kumulang tatlo. Ang mga linya nito ay sumusunod din sa batas ng planetaryong modelo ng atom. Ang mga ito ay blueshifted ng humigit-kumulang 0.6Å na may kaugnayan sa mga linya ng deuterium.

14.2. Mga transisyon sa pagitan ng lubos na nasasabik na mga estado

Mga paglipat sa pagitan ng mga kalapit na antas ng isang hydrogen atom na may mga numero n> 60 ay nahuhulog sa sentimetro at mas mahabang wavelength na hanay ng spectrum, kaya naman tinawag silang "mga linya ng radyo". Mga dalas ng paglipat sa pagitan ng mga antas na may mga numero i At j ay nakuha mula sa (1.3) kung ang magkabilang panig ng formula ay hinati sa pare-pareho ng Planck h:

Ang pare-pareho ng Rydberg, na ipinahayag sa hertz, ay katumbas ng

.

Isang formula na katulad ng (2.1) para sa mga estado na may n? 1 ay maaaring gamitin hindi lamang sa kaso ng hydrogen, kundi pati na rin para sa anumang atom. Ayon sa materyal sa nakaraang kabanata, maaari tayong sumulat

saan R(Hz) na ipinahayag sa mga tuntunin ng R∞ (Hz) ayon sa formula (13.8.1), pati na rin R sa pamamagitan ng R ∞ .

Sa kasalukuyan, ang mga radio link ay naging isang makapangyarihang kasangkapan para sa pag-aaral ng interstellar gas. Ang mga ito ay nakuha bilang isang resulta ng recombination, iyon ay, ang pagbuo ng isang hydrogen atom sa panahon ng banggaan ng isang proton at isang electron na may sabay-sabay na paglabas ng labis na enerhiya sa anyo ng isang light quantum. Samakatuwid ang kanilang iba pang pangalan ay sumusunod - recombination radio lines. Ang mga ito ay ibinubuga ng diffuse at planetary nebulae, mga rehiyon ng neutral na hydrogen sa paligid ng mga rehiyon ng ionized hydrogen, at mga labi ng supernova. Ang paglabas ng mga linya ng radyo mula sa mga bagay sa kalawakan ay nakita sa hanay ng wavelength mula 1 mm hanggang 21 m.

Ang sistema ng pagtatalaga ng link ng radyo ay katulad ng mga optical transition ng hydrogen. Ang linya ay ipinahiwatig ng tatlong simbolo. Una, ang pangalan ng elemento ng kemikal ay isinulat (sa kasong ito, hydrogen), pagkatapos ay ang bilang ng mas mababang antas at, sa wakas, ang titik ng Griyego kung saan naka-encrypt ang pagkakaiba. j - ako:

Pagtatalaga α β γ  δ

Pagkakaiba j - ako 1 2 3 4

Halimbawa, tinutukoy ng H109α ang paglipat mula sa ika-110 hanggang ika-109 na antas ng hydrogen, at ang H137β ay tumutukoy sa paglipat sa pagitan ng ika-139 at ika-137 na antas nito. Ibigay natin ang mga frequency at wavelength ng tatlong transisyon ng hydrogen atom, na kadalasang matatagpuan sa astronomical literature:

Transition H66α  H109α H137β

n(MHz)223645008.95005.03

l(cm)1.3405.98535.9900

Ang mga linya ng H109α at H137β ay palaging nakikita nang hiwalay, sa kabila ng katotohanang napakalapit ng mga ito sa spectrum. Ito ay bunga ng dalawang dahilan. Una, gamit ang mga radio astronomy na pamamaraan, ang mga wavelength ay sinusukat nang napakatumpak: na may anim at kung minsan ay pitong tamang palatandaan (sa optical range, hindi hihigit sa limang tamang mga palatandaan ang karaniwang nakuha). Pangalawa, ang mga linya mismo sa mga tahimik na rehiyon ng interstellar medium ay mas makitid kaysa sa mga linya sa stellar atmospheres. Sa rarefied interstellar gas, ang tanging mekanismo para sa pagpapalawak ng linya ay nananatiling Doppler effect, habang sa mga siksik na stellar atmosphere ang pagpapalawak ng presyon ay gumaganap ng mahalagang papel.

Ang patuloy na Rydberg ay tumataas sa pagtaas ng atomic na timbang ng isang elemento ng kemikal. Samakatuwid, ang linya ng He109α ay inililipat patungo sa mas mataas na mga frequency kaysa sa linya ng H109α. Para sa isang katulad na dahilan, ang dalas ng paglipat ng C109α ay mas mataas pa.

Ito ay inilalarawan sa Fig. 14.2.1, na nagpapakita ng isang seksyon ng spectrum ng isang tipikal na gas nebula (NGC 1795). Ang pahalang na axis ay nagpapakita ng dalas, na sinusukat sa megahertz, at ang patayong axis ay nagpapakita ng liwanag na temperatura sa degrees Kelvin. Ang field ng figure ay nagpapakita ng Doppler velocity ng nebula (–42.3 km/s), na bahagyang nagbabago sa wavelength ng mga linya kumpara sa kanilang mga laboratory value.

14.3. Isoelectronic na pagkakasunud-sunod ng hydrogen

Ayon sa depinisyon na ibinigay sa ikaapat na seksyon ng ikapitong kabanata, ang mga ion na binubuo ng isang nucleus at isang electron ay tinatawag na hydrogen-like. Sa madaling salita, sila ay sinasabing nabibilang sa isoelectronic sequence ng hydrogen. Ang kanilang istraktura ay qualitatively nakapagpapaalaala ng isang hydrogen atom, at ang posisyon ng mga antas ng enerhiya ng mga ion na ang nuclear charge ay hindi masyadong malaki ( Z < 10), может быть вычислено по простой формуле (13.5.2). Однако у многозарядных ионов (Z> 20) lumilitaw ang mga pagkakaiba sa dami na nauugnay sa mga relativistic na epekto: ang pag-asa ng masa ng elektron sa bilis at spin-orbit pakikipag-ugnayan.

Optical transition ng HeII ion

Ang singil ng helium nucleus ay katumbas ng dalawa, samakatuwid ang mga wavelength ng lahat ng spectral series ng HeII ion ay apat na beses na mas mababa kaysa sa mga katulad na transition ng hydrogen atom: halimbawa, ang wavelength ng H line a katumbas ng 1640Å.

Ang serye ng Lyman at Balmer HeII ay nasa ultraviolet na bahagi ng spectrum; at ang Paschen (P) at Bracket (B) na serye ay bahagyang nahuhulog sa optical range. Ang pinakakawili-wiling mga transition ay nakolekta sa Talahanayan 14.3.1. Tulad ng serye ng Balmer ng hydrogen, ang mga wavelength ng "atmospheric" ay ibinibigay.

Talahanayan 14.3.1. Mga wavelength ng Paschen at Breckett series ng HeII ion

Pagtatalaga	P a	P b	B g	B e
Haba ng daluyong, Å	4686	3202	5411	4541

Ang pare-pareho ng Rydberg para sa helium ay:

.

Pansinin natin ang isang mahalagang katangian ng HeII ion. Mula sa 13.5.2 sumusunod na ang antas ng enerhiya Zn tulad ng hydrogen na ion na may nuclear charge Z, katumbas ng antas ng enerhiya n hydrogen atom. Samakatuwid, ang mga paglipat sa pagitan ng pantay na antas ay 2 n at 2 m HeII ion at mga transition n → m Ang mga atomo ng hydrogen ay may magkatulad na haba ng daluyong. Ang kakulangan ng kumpletong kasunduan ay higit sa lahat dahil sa pagkakaiba sa mga halaga R H at R Siya.

Sa Fig. Inihahambing ng Figure 14.3.1 ang mga transition scheme ng hydrogen atom (kaliwa) at ang HeII ion (kanan). Ang may tuldok na linya ay nagpapahiwatig ng mga paglipat ng HeII na halos tumutugma sa mga linya ng Balmer ng hydrogen. Ang mga solidong linya ay minarkahan ang mga transition B γ, B ε at B η, kung saan walang pares sa mga linya ng hydrogen. Ang tuktok na linya ng Talahanayan 14.3.2 ay nagpapakita ng mga wavelength ng serye ng Brackett HeII, at ang ilalim na linya ay nagpapakita ng mga linya ng serye ng Balmer ng hydrogen. Ang mga linya ng serye ng bracket ay tinatawag ding serye

Talahanayan 14.3.2. Bracket series ng HeII ion at Balmer series ng hydrogen atom

Siya II	6560 (6 → 4) B b	5411 (7 → 4) B g	4859 (8 → 4) B d	4541 (9 → 4) B ε	4339 (10→4) B ζ	4200 (11 → 4) Bη	4100 Bθ	B 13
	6563 H a	_______	4861 H b	_______	4340 H g	_______	4102 H d	______

Pickering, na pinangalanan sa direktor ng Harvard Observatory, na unang nag-aral sa kanila sa spectra ng mga maiinit na bituin sa katimugang kalangitan. Tandaan na ang serye ng Pickering ay matagumpay na naipaliwanag nang tumpak sa loob ng balangkas ng planetaryong modelo ng atom. Kaya, nag-ambag siya sa pagtatatag ng mga modernong pananaw sa kalikasan ng atom.

Ang pinababang masa ay mas mataas para sa isang mas mabibigat na elemento ng kemikal, kaya ang antas na may numero 2 m Ang helium ion ay mas malalim kaysa sa antas m hydrogen atom. Dahil dito, ang mga linya ng Brackett HeII series ay blueshifted kaugnay sa kaukulang mga transition ng Balmer series. Relatibong dami ng line shift Dl /l ay tinutukoy sa kasong ito sa pamamagitan ng ratio ng Rydberg constants:

Ganap na halaga Dl Para sa l Ang = 6560Å ay humigit-kumulang 3Å, ayon sa data sa Talahanayan (14.3.2).

Ang mga linya ng HeII na tumutugma sa mga transition sa pagitan ng mga antas na may mga numerong magkakapatong sa mga linya ng hydrogen, dahil ang mga lapad ng linya ay mas malaki kaysa sa distansya sa pagitan ng mga ito. Karaniwan, ang mga linya ng hydrogen ay mas malakas kaysa sa mga linya ng helium, ngunit mayroong isang pagbubukod - ito ay mga bituin ng Wolf-Rayet. Ang temperatura ng kanilang mga atmospheres ay lumampas sa 30,000K, at ang helium na nilalaman sa mga tuntunin ng bilang ng mga particle ay sampung beses na mas malaki kaysa sa hydrogen. Samakatuwid, mayroong maraming mga helium ions doon, ngunit, sa kabaligtaran, mayroong maliit na neutral na hydrogen. Bilang resulta, sa spectra ng Wolf-Rayet na mga bituin, ang lahat ng mga linya ng hydrogen ay sinusunod lamang bilang mahina na mga karagdagan sa mga linya ng HeII. Ang nilalaman ng hydrogen sa mga bituin ng ganitong uri ay tinatantya sa pamamagitan ng paghahambing ng mga lalim ng linya ng serye ng Breckt HeII sa kahit at kakaibang mga numero sa itaas na antas: ang una ay medyo mas malaki dahil sa karagdagang kontribusyon ng hydrogen.

Sa spectra ng normal na mga bituin, ang pinakamalakas na mga linya ng pagsipsip ay palaging nananatiling mga linya ng hydrogen kung ang temperatura ng atmospera ay higit sa 10,000K. Sa Fig. 14.3.2


Ang talaan ng log ng isang mainit na bituin ng spectral class O3 ay ipinapakita. Ang mga linya ng serye ng Pickering at tatlong linya ng Balmer ay malinaw na nakikita sa figure.
Ang isa pang halimbawa ng pakikipag-ugnayan ng mga linya ng hydrogen at HeII ay ibinigay ng P α transition ng HeII ion na may wavelength λ=4686Å. Ang linyang ito sa spectra ng mga bituin ay mapapansin bilang isang linya ng paglabas, habang ang susunod na miyembro ng serye ng Paschen ay l 3202Å - kumakatawan sa isang kumbensyonal na linya ng pagsipsip. Ang pagkakaiba sa pag-uugali ng mga linya ay dahil sa ang katunayan na ang populasyon ng mas mataas na antas ( n= 4) mga linya l Ang 4686 ay maaaring tumaas nang malaki sa pamamagitan ng pagsipsip ng malakas na linya ng Ly a hydrogen: ang mga wavelength ng 2→1 transition ng hydrogen atom at ang 4→2 transition ng HeII ion ay napakalapit. Ang prosesong ito ay hindi nakakaapekto sa radiation sa linya sa lahat. l 3202Å, kung saan ang parehong antas ay may mga kakaibang numero (transition 5→3). Ang epekto ng pakikipag-ugnayan ay humina kung ang mas mababang antas ay matatagpuan sa sapat na mataas, halimbawa, l 5411 at l 4541. Ang huli ay ginagamit sa spectral classification ng mga bituin bilang criterion ng temperatura.

Multiply charged ions

Ang modelo ng planeta, tulad ng nakita natin, ay isang napaka-epektibong tool para sa pag-aaral ng hydrogen atom at hydrogen-like ions. Gayunpaman, ito ay nananatiling isang napaka-magaspang na approximation sa tunay na istraktura ng mga atomo at, sa partikular, multiply sisingilin ions. Inihahambing ng talahanayan 14.3.3 ang pang-eksperimentong at teoretikal na mga wavelength ng resonant transition Ly a para sa ilang mga hydrogen-like ions na interesado sa astronomy. Ang unang hilera ng talahanayan ay nagpapakita

Talahanayan 14.3.3. Mga wavelength ng resonant transition ng hydrogen-like ions

l teorya, Å
l exp . , Å	303.78at i =2 at j= 1, at sa pangatlo - ang kanilang mga pang-eksperimentong halaga. Kung, ayon sa Talahanayan 14.1.3, ang hydrogen atom ay may pagkakaiba sa eksperimento lamang sa ikaanim na makabuluhang digit, pagkatapos ay para sa HeII - sa ikalima, para sa CVI at OVIII ions - sa ikaapat, at para sa FeXXVI - nasa pangatlo na. . Ang mga pagkakaibang ito ay dahil sa relativistic effect, na isinulat namin tungkol sa simula ng kabanata. Batay sa (13.7.7), kinakalkula namin ang pagkakaiba sa pagitan ng mga enerhiya ng pangalawa at unang antas: Ang kadahilanan sa harap ng kaliwang bracket ay katumbas ng enerhiya ng paglipat sa nonrelativistic approximation; ito ay nakuha mula sa (3.1a) sa j= 1 at i = 2: Halaga Δ E Ang B ay tumutugma sa teoretikal na wavelength mula sa ikalawang hanay ng talahanayan (14.3.3). Ngayon ay maaari nating linawin ang wavelength ng paglipat. Upang gawin ito, ihambing ang relatibong halaga ng relativistic correction na may relatibong pagkakaiba mga numero mula sa talahanayan (14.1.3). Ang mga resulta ng pagkalkula ay nakolekta sa talahanayan (14.3.4). Talahanayan 14.3.4. Paghahambing ng relativistic correction sa eksperimento Siya II OVIII FeXXVI dl 6.6(–5) 6.0(–4) 1.05(–3) 9.5(–3) dR 6.6(–5) 6.0(–4) 1.06(–3) 1.1(–2) Ang paghahambing ng pangalawa at pangatlong hanay ng talahanayan ay nagpapakita na posibleng makakuha ng magandang kasunduan sa pagitan ng teorya at eksperimento, kahit na nananatili sa loob ng balangkas ng semiclassical na modelo ng mga pabilog na orbit. Kapansin-pansing pagkakaiba sa pagitan dR At dl naroroon sa iron ion. Sa kabila ng maliit na halaga nito, hindi ito maaaring alisin sa loob ng balangkas ng inilapat na modelo: ang mga kalkulasyon gamit ang formula (13.7.5) ay hindi humahantong sa isang pagpapabuti sa resulta. Ang dahilan ay nakasalalay sa pangunahing disbentaha ng planetaryong modelo na may pabilog na mga orbit ng elektron: iniuugnay nito ang antas ng enerhiya sa isang quantum number lamang. Sa katotohanan, ang itaas na antas ng resonant transition ay nahahati sa dalawang sublevel. Ang paghahati na ito ay tinatawag pinong istraktura antas. Ito ang nagpapakilala ng kawalan ng katiyakan sa wavelength ng paglipat. Lahat ng hydrogen-like ions ay may magandang istraktura, at ang dami ng paghahati ay mabilis na tumataas habang tumataas ang nuclear charge. Upang ipaliwanag ang magandang istraktura, kailangan nating iwanan ang simpleng modelo ng mga pabilog na orbit. Nananatili sa loob ng balangkas ng mga semiclassical na konsepto, magpatuloy tayo sa modelo ng mga elliptical orbit, na tinatawag na ang modelong Bohr-Sommerfeld.

Panimula

Ang pag-aaral sa line spectrum ng isang substance ay nagbibigay-daan sa amin upang matukoy kung anong mga kemikal na elemento ang binubuo nito at sa kung anong dami ang bawat elemento ay nakapaloob sa sangkap na ito.

Ang dami ng nilalaman ng isang elemento sa sample na pinag-aaralan ay tinutukoy sa pamamagitan ng paghahambing ng intensity ng mga indibidwal na linya sa spectrum ng elementong ito sa intensity ng mga linya ng isa pang elemento ng kemikal, ang dami ng nilalaman na kung saan ay kilala sa sample.

Ang paraan ng pagtukoy ng qualitative at quantitative na komposisyon ng isang substance mula sa spectrum nito ay tinatawag na spectral analysis. Ang spectral analysis ay malawakang ginagamit sa mineral exploration upang matukoy ang kemikal na komposisyon ng mga sample ng ore. Sa industriya, ginagawang posible ng pagsusuri ng parang multo na kontrolin ang komposisyon ng mga haluang metal at impurities na ipinakilala sa mga metal upang makakuha ng mga materyales na may nais na mga katangian.

Ang mga bentahe ng spectral analysis ay mataas na sensitivity at bilis ng pagkuha ng mga resulta. Gamit ang spectral analysis, posible na makita ang pagkakaroon ng ginto sa isang sample na tumitimbang ng 6 * 10 -7 g na may mass na 10 -8 g lamang. Ang pagtukoy ng grado ng bakal sa pamamagitan ng paraan ng spectral analysis ay maaaring isagawa sa ilang sampu ng mga segundo.

Ginagawang posible ng spectral analysis na matukoy ang kemikal na komposisyon ng mga celestial body na matatagpuan sa mga distansyang bilyun-bilyong light years mula sa Earth. Ang kemikal na komposisyon ng mga atmospheres ng mga planeta at bituin, malamig na gas sa interstellar space ay tinutukoy ng spectra ng pagsipsip.

Sa pamamagitan ng pag-aaral ng spectra, natukoy ng mga siyentipiko hindi lamang ang kemikal na komposisyon ng mga celestial na katawan, kundi pati na rin ang kanilang temperatura. Sa pamamagitan ng pag-aalis ng mga parang multo na linya, matutukoy ng isa ang bilis ng paggalaw ng isang celestial body.

Kasaysayan ng pagtuklas ng spectrum at spectral analysis

Noong 1666, si Isaac Newton, na binibigyang pansin ang kulay ng bahaghari ng mga larawan ng mga bituin sa isang teleskopyo, ay nagsagawa ng isang eksperimento, bilang isang resulta kung saan natuklasan niya ang pagpapakalat ng liwanag at lumikha ng isang bagong aparato - isang spectroscope. Itinuro ni Newton ang isang sinag ng liwanag sa isang prisma, at pagkatapos, upang makakuha ng mas puspos na banda, pinalitan ng isang hiwa ang bilog na butas. Ang dispersion ay ang pagdepende ng refractive index ng isang substance sa wavelength ng liwanag. Ang pagpapakalat ay nagiging sanhi ng puting liwanag na nahati sa isang spectrum kapag dumadaan sa isang glass prism. Samakatuwid, ang naturang spectrum ay tinatawag na dispersive.

Ang radiation ng itim na katawan, na dumadaan sa isang molekular na ulap, ay nakakakuha ng mga linya ng pagsipsip mula sa spectrum nito. Ang emission spectrum ng ulap ay maaari ding obserbahan. Ang pagkabulok ng electromagnetic radiation sa mga wavelength para sa layunin ng pag-aaral ng mga ito ay tinatawag na spectroscopy. Ang spectral analysis ay ang pangunahing paraan para sa pag-aaral ng mga astronomical na bagay na ginagamit sa astrophysics.

Ang naobserbahang spectra ay nahahati sa tatlong klase:

line emission spectrum. Ang pinainit na rarefied gas ay naglalabas ng maliwanag na mga linya ng paglabas;

tuloy-tuloy na spectrum. Ang spectrum na ito ay ginawa ng mga solid, likido o siksik na opaque na gas sa isang pinainit na estado. Ang haba ng daluyong kung saan nangyayari ang maximum na radiation ay depende sa temperatura;

line absorption spectrum. Ang mga madilim na linya ng pagsipsip ay makikita sa background ng tuluy-tuloy na spectrum. Ang mga linya ng pagsipsip ay nabuo kapag ang radiation mula sa isang mas mainit na katawan, na may tuloy-tuloy na spectrum, ay dumaan sa isang malamig na rarefied medium.

Ang pag-aaral ng spectra ay nagbibigay ng impormasyon tungkol sa temperatura, bilis, presyon, komposisyon ng kemikal at iba pang mahahalagang katangian ng mga bagay na pang-astronomiya. Ang kasaysayan ng spectral analysis ay nagsimula noong 1802, nang ang Englishman na si Wollanstone, na nagmamasid sa spectrum ng Araw, ay unang nakakita ng madilim na mga linya ng pagsipsip. Hindi niya maipaliwanag ang mga ito at hindi niya binibigyang importansya ang kanyang natuklasan.

Noong 1814, muling natuklasan ng German physicist na si Fraunhofer ang madilim na mga linya ng pagsipsip sa solar spectrum at wastong naipaliwanag ang kanilang hitsura. Simula noon tinawag na silang mga linya ng Fraunhofer. Noong 1868, natuklasan ang mga linya ng hindi kilalang elemento na tinatawag na helium (Greek helios “Sun”) sa spectrum ng Araw. Pagkaraan ng 27 taon, isang maliit na halaga ng gas na ito ang natagpuan sa atmospera ng lupa. Ngayon alam natin na ang helium ay ang pangalawang pinaka-masaganang elemento sa Uniberso. Noong 1918–1924, inilathala ang katalogo ni Henry Draper, na naglalaman ng klasipikasyon ng spectra ng 225,330 bituin. Ang katalogo na ito ay naging batayan para sa pag-uuri ng mga bituin sa Harvard. Ang mga linya ng hydrogen na lumilitaw sa panahon ng paglipat sa unang antas ng enerhiya ay sinusunod sa spectra ng karamihan sa mga astronomical na bagay. Ito ang serye ng Lyman na naobserbahan sa ultraviolet; Ang mga indibidwal na linya ng serye ay itinalagang Lα (λ = 121.6 nm), Lβ (λ = 102.6 nm), Lγ (λ = 97.2 nm) at iba pa. Ang mga linya ng hydrogen ng serye ng Balmer ay sinusunod sa nakikitang rehiyon ng spectrum. Ito ang mga linyang Hα (λ = 656.3 nm) pula, Hβ (λ = 486.1 nm) asul, Hγ (λ = 434.0 nm) asul at Hδ (λ = 410.2 nm) violet. Ang mga linya ng hydrogen ay sinusunod din sa infrared na bahagi ng spectrum - ang serye ng Paschen, Brackett at iba pa, na mas malayo.

Spectral series sa spectrum ng hydrogen

Halos lahat ng mga bituin ay may mga linya ng pagsipsip sa kanilang spectrum. Ang pinakamatinding linya ng helium ay matatagpuan sa dilaw na bahagi ng spectrum: D3 (λ = 587.6 nm). Sa spectra ng solar-type na mga bituin, ang mga linya ng sodium ay sinusunod din: D1 (λ = 589.6 nm) at D2 (λ = 589.0 nm), ionized calcium lines: H (λ = 396.8 nm) at K (λ = 393. 4 nm). Ang mga photosphere ng mga bituin ay gumagawa ng tuluy-tuloy na spectrum, na pinagsalubong ng mga indibidwal na madilim na linya na lumilitaw habang ang radiation ay dumadaan sa mas malamig na mga layer ng atmospera ng bituin. Mula sa spectrum ng pagsipsip (mas tiyak, mula sa pagkakaroon ng ilang mga linya sa spectrum) maaaring hatulan ng isa ang kemikal na komposisyon ng kapaligiran ng bituin. Ang maliwanag na mga linya sa spectrum ay nagpapakita na ang bituin ay napapalibutan ng isang lumalawak na shell ng mainit na gas. Para sa mga pulang bituin na may mababang temperatura, ang malalawak na banda ng titanium oxide molecules at oxides ay makikita sa spectrum. Ang ionized interstellar gas na pinainit sa mataas na temperatura ay gumagawa ng spectra na may pinakamataas na paglabas sa rehiyon ng ultraviolet. Ang mga white dwarf ay gumagawa ng hindi pangkaraniwang spectra. Mayroon silang mga linya ng pagsipsip ng maraming beses na mas malawak kaysa sa mga ordinaryong bituin at may mga linya ng hydrogen na wala sa ganoong temperatura sa mga ordinaryong bituin. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng mataas na presyon sa mga atmospera ng mga puting dwarf.

Mga uri ng spectra

Ang spectral na komposisyon ng radiation mula sa iba't ibang mga sangkap ay magkakaiba. Ngunit, sa kabila nito, ang lahat ng spectra, tulad ng ipinapakita ng karanasan, ay maaaring nahahati sa tatlong uri na ibang-iba sa bawat isa.

Patuloy na spectra.

Ang solar spectrum o arc lamp spectrum ay tuloy-tuloy. Nangangahulugan ito na ang spectrum ay naglalaman ng mga alon ng lahat ng haba. Walang mga break sa spectrum, at isang tuluy-tuloy na multi-colored na banda ang makikita sa spectrograph screen.

Ang pamamahagi ng enerhiya sa mga frequency, ibig sabihin, ang spectral density ng intensity ng radiation, ay iba para sa iba't ibang mga katawan. Halimbawa, ang isang katawan na may napakaitim na ibabaw ay nagpapalabas ng mga electromagnetic wave ng lahat ng mga frequency, ngunit ang curve ng pagtitiwala ng spectral density ng intensity ng radiation sa frequency ay may pinakamataas sa isang tiyak na dalas. Ang enerhiya ng radiation sa napakababa at napakataas na frequency ay bale-wala. Habang tumataas ang temperatura, lumilipat ang maximum spectral radiation density patungo sa mas maiikling alon.

Ang tuluy-tuloy (o tuloy-tuloy) na spectra, gaya ng ipinapakita ng karanasan, ay ibinibigay ng mga katawan sa solid o likidong estado, pati na rin ng mga mataas na naka-compress na gas. Upang makakuha ng isang tuluy-tuloy na spectrum, ang katawan ay dapat na pinainit sa isang mataas na temperatura.

Ang likas na katangian ng tuluy-tuloy na spectrum at ang mismong katotohanan ng pagkakaroon nito ay tinutukoy hindi lamang ng mga katangian ng mga indibidwal na nagpapalabas ng mga atomo, kundi pati na rin sa isang malakas na lawak ay nakasalalay sa pakikipag-ugnayan ng mga atomo sa bawat isa.

Ang isang tuluy-tuloy na spectrum ay ginawa din ng mataas na temperatura na plasma. Ang mga electromagnetic wave ay ibinubuga ng plasma pangunahin kapag ang mga electron ay bumangga sa mga ion.

Line spectra.

Magdagdag tayo ng isang piraso ng asbestos na binasa ng isang solusyon ng ordinaryong table salt sa maputlang apoy ng isang gas burner. Kapag nagmamasid sa isang apoy sa pamamagitan ng isang spectroscope, isang maliwanag na dilaw na linya ay kumikislap laban sa background ng isang halos hindi nakikitang tuloy-tuloy na spectrum ng apoy. Ang dilaw na linyang ito ay ginawa ng sodium vapor, na nabuo kapag ang mga molecule ng table salt ay nasira sa apoy. Sa spectroscope maaari mo ring makita ang isang palisade ng mga kulay na linya ng iba't ibang liwanag, na pinaghihiwalay ng malalawak na madilim na guhit. Ang ganitong spectra ay tinatawag na line spectra. Ang pagkakaroon ng line spectrum ay nangangahulugan na ang isang substance ay naglalabas lamang ng liwanag sa ilang partikular na wavelength (mas tiyak, sa ilang napakakitid na spectral interval). Ang bawat linya ay may hangganan na lapad.

Ang line spectra ay nagpapakita ng lahat ng mga sangkap sa gaseous na atomic (ngunit hindi molekular) na estado. Sa kasong ito, ang ilaw ay ibinubuga ng mga atomo na halos hindi nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Ito ang pinakapangunahing, pangunahing uri ng spectra.

Ang mga nakahiwalay na atom ng isang partikular na elemento ng kemikal ay naglalabas ng mahigpit na tinukoy na mga wavelength.

Karaniwan, upang obserbahan ang line spectra, ang glow ng singaw ng isang substance sa isang apoy o ang glow ng isang gas discharge sa isang tube na puno ng gas na pinag-aaralan ay ginagamit.

Habang tumataas ang density ng atomic gas, lumalawak ang mga indibidwal na linya ng parang multo at, sa wakas, sa napakataas na densidad ng gas, kapag naging makabuluhan ang pakikipag-ugnayan ng mga atomo, ang mga linyang ito ay nagsasapawan sa isa't isa, na bumubuo ng tuluy-tuloy na spectrum.

May guhit na spectra.

Ang striped spectrum ay binubuo ng mga indibidwal na banda na pinaghihiwalay ng mga madilim na espasyo. Sa tulong ng isang napakahusay na spectral apparatus matutuklasan ng isa na ang bawat banda ay isang koleksyon ng isang malaking bilang ng mga linyang napakalapit. Sa kaibahan sa line spectra, ang stripe spectra ay nilikha hindi ng mga atomo, ngunit ng mga molekula na hindi nakagapos o mahinang nakagapos sa isa't isa.

Upang obserbahan ang molecular spectra, pati na rin ang pagmasdan ng line spectra, ang glow ng singaw sa isang apoy o ang glow ng isang gas discharge ay karaniwang ginagamit.

Spectra ng pagsipsip.

Ang lahat ng mga sangkap na ang mga atomo ay nasa isang nasasabik na estado ay naglalabas ng mga light wave, na ang enerhiya ay ipinamamahagi sa isang tiyak na paraan sa mga wavelength. Ang pagsipsip ng liwanag ng isang sangkap ay nakasalalay din sa haba ng daluyong. Kaya, ang pulang salamin ay nagpapadala ng mga alon na katumbas ng pulang ilaw at sinisipsip ang lahat ng iba pa.

Kung magpapasa ka ng puting liwanag sa pamamagitan ng malamig, hindi naglalabas na gas, lumilitaw ang mga madilim na linya laban sa background ng tuluy-tuloy na spectrum ng pinagmulan. Ang gas ay sumisipsip ng pinakamatindi sa liwanag ng tiyak na mga wavelength na ibinubuga nito kapag sobrang init. Ang mga madilim na linya laban sa background ng tuluy-tuloy na spectrum ay mga linya ng pagsipsip na magkakasamang bumubuo ng spectrum ng pagsipsip.

Mayroong tuloy-tuloy, linya at may guhit na emission spectra at ang parehong bilang ng mga uri ng absorption spectra.

Mahalagang malaman kung ano ang mga katawan sa paligid natin. Maraming mga pamamaraan ang naimbento upang matukoy ang kanilang komposisyon. Ngunit ang komposisyon ng mga bituin at kalawakan ay maaari lamang matukoy gamit ang spectral analysis.

Panggrupong estudyante

1. Layunin ng trabaho 2

2. Paglalarawan ng setup at pamamaraan ng eksperimento 2

3. Mga resulta ng trabaho at ang kanilang pagsusuri 3

4. Konklusyon 6

Mga sagot sa mga tanong sa seguridad 7

Listahan ng mga ginamit na literatura 10

Appendix A 11

1. Layunin ng gawain

Ang layunin ng gawain ay pag-aralan ang emission spectrum ng hydrogen atoms at eksperimento na matukoy ang Rydberg constant.

2. Paglalarawan ng setup at eksperimental na pamamaraan

Upang pag-aralan ang spectrum ng hydrogen atom, ginagamit ang isang spectroscope batay sa isang UM-2 prism monochromator. Ang experimental setup diagram ay ipinapakita sa Figure 2.1.

1 - laser; 2 - puwang; 3 - screen na may millimeter scale

Figure 2.1 – Schematic diagram para sa pag-obserba ng Fraunhofer diffraction gamit ang isang laser

Ang liwanag mula sa source 1 hanggang sa entrance slit 2 at lens 3 ay bumabagsak sa isang parallel beam papunta sa isang spectral prism na may mataas na 4. Sa pamamagitan ng prism, ang liwanag ay nabubulok sa isang spectrum at sa pamamagitan ng lens 6 ay nakadirekta sa eyepiece 8. Kapag ang Ang prisma ay pinaikot, ang iba't ibang bahagi ng spectrum ay lumilitaw sa gitna ng field of view. Ang prisma ay pinaikot gamit ang drum 5, kung saan naka-print ang isang sukat sa mga degree. Sa pamamagitan ng pag-ikot ng drum, ang spectral line ay dinadala sa pointer arrow 7 na matatagpuan sa eyepiece, at ang pagbabasa sa drum scale ay naitala.

Ang pinagmumulan ng liwanag sa gawaing ito ay isang gas-discharge hydrogen tube at isang high-pressure mercury lamp DRSh-250-3.

3. Mga resulta ng trabaho at ang kanilang pagsusuri

Talahanayan 3.1 – Data ng pagkakalibrate ng spectroscope para sa spectrum ng mercury*

*Mga wavelength ng mercury spectral lines na kinuha mula sa Talahanayan 5.1 sa pahina 8 ng manwal.

Figure 3.1 – Calibration graph

Ang mga halaga ng wavelength λ ng mga linya ng hydrogen spectral ay tinutukoy mula sa isang graph ng pagkakalibrate: ang mga halaga ng ϕ ay naka-plot sa Y axis, at ang mga kaukulang halaga sa X axis ay pinili upang ang punto ay tumutugma sa linya .

Talahanayan 3.2 – Pang-eksperimentong data sa spectrum ng hydrogen atom

Talahanayan 3.3 – Mga katumbas na halaga ng mga wavelength ng mga spectral na linya ng hydrogen, mga pangunahing numero ng quantum.

Upang suriin ang bisa ng Balmer formula, isang graph ng dependence 1/n/(1/n 2) ay naka-plot.

Figure 3.2 – Graph ng linear dependence 1/l(1/n 2)

Mula sa graph natutukoy namin ang Rydberg constant bilang angular coefficient ng linear dependence 1/l/(1/) ayon sa formula (3.1).

Mga parameter ng linya 1 sa Figure 3.2

Ang absolute value ng slope K ng straight line ay ang Rydberg constant R = |K| = 1.108E+07

Ganap na error ng natagpuang Rydberg constant s(R) = s(K) = 1.057E+05

Table value ng Rydberg constant: 1.097E+07

Ang pagkakaiba sa pagitan ng nahanap at naka-tabulate na mga halaga ng Rydberg constant |1 - R/ |Х100% = 0.98%

Alinsunod sa §8 sa pahina 8 p. ang resulta ay naitala na may garantiya.

R = (1.108 ± 0.01);

Narito ang e(R) ay ang relatibong error, na kinakalkula gamit ang f. (1.2) sa pahina 2 p.

Gamit ang mga halaga ng wavelength na nakuha mula sa eksperimento, gagawa kami ng isang fragment ng spectrum ng enerhiya ng hydrogen atom.

Mga transition na naobserbahan sa eksperimento: 6s → 2p, 5s → 2p, 4s → 2p, 3s → 2p.

4. Konklusyon

Sa panahon ng gawaing laboratoryo, pinag-aralan ang spectrum ng paglabas ng mga atomo

hydrogen. Ang isang graph ng linear na relasyon (1/l)/(1/) ay binuo, kung saan posibleng matukoy ang pare-pareho ng Rydberg:

R = (1.108 ± 0.01);

Ang error sa pagtukoy ng Rydberg constant ay 0.9%.

Ang mga resultang nakuha ay pare-pareho sa teoretikal na datos.

Mga sagot sa mga tanong sa seguridad

1. Ipaliwanag ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang prism spectroscope.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang prism spectroscope ay batay sa phenomenon ng light dispersion. Pagkawatak-watak ng input light flux sa iba't ibang spectral na bahagi.

2. Ano ang pagkakalibrate ng isang spectroscope?

Ang anggulo ng pagpapalihis ng mga sinag ng monochromatic na ilaw ng isang prisma ay hindi proporsyonal sa alinman sa haba ng daluyong o dalas nito. Samakatuwid, ang mga dispersive spectral na aparato ay dapat na paunang na-calibrate gamit ang mga karaniwang pinagmumulan ng liwanag. Sa gawaing pang-laboratoryo na ito, ang reference na pinagmumulan ng ilaw ay isang mercury lamp.

Ang pagtatapos ay ang mga sumusunod:

Maglagay ng mercury lamp sa harap ng entrance slit ng spectroscope sa layong 30-40 cm. I-on ang mercury lamp gamit ang toggle switch na “NETWORK” at “DRSH LAMP”. Sindihan ang mercury lamp sa pamamagitan ng pagpindot sa “START” button ng ilang beses at hayaang uminit ang lamp sa loob ng 3-5 minuto. Sa pamamagitan ng pagpapalit ng lapad ng hiwa ng pasukan at paggalaw ng eyepiece, tiyakin na ang mga parang multo na nakikita sa pamamagitan ng eyepiece ay manipis at matalim.

Sukatin ang anggulo ng pag-ikot ng drum para sa iba't ibang linya ng spectrum ng mercury, na inihanay ang mga linya sa pagkakasunod-sunod sa pointer arrow sa eyepiece. Ang mga linya ay dapat na iguguhit sa indicator lamang sa isang gilid upang mabawasan ang error dahil sa backlash ng drum.

3. Paano natutukoy ang estado ng isang electron sa isang hydrogen atom sa quantum mechanics?

Eigenfunctions na naaayon sa energies En

tukuyin ang mga nakatigil na estado ng electron sa hydrogen atom at depende sa quantum number n, l at m.

Ang orbital quantum number l para sa isang tiyak na n ay maaaring kunin ang mga halaga l=0, 1, 2, …, n-1. Ang magnetic quantum number para sa isang naibigay na l ay tumatagal sa mga halaga.

4. Ano ang kahulugan ng squared modulus ng wave function?

Alinsunod sa interpretasyon ng function ng wave, ang parisukat ng modulus ng wave function ay nagbibigay ng probability density ng paghahanap ng isang electron sa iba't ibang mga punto sa espasyo.

5. Isulat ang nakatigil na Schrödinger equation para sa isang electron sa isang hydrogen atom.

Rnl(r) – radial na bahagi ng wave function;

Ylm(u, q) – angular na bahagi ng wave function;

n – pangunahing quantum number;

l – orbital quantum number;

m – magnetic quantum number.

6. Magbigay ng mga posibleng estado para sa isang electron sa isang hydrogen atom na may n = 3.

Para sa n = 3, ang mga posibleng estado ng electron sa hydrogen atom ay: s, p, d.

7. Ano ang tawag sa ionization energy ng isang hydrogen atom?

Ang 1s state ng isang atom ay tinatawag na ground state. Ito ay tumutugma sa pinakamababang antas ng enerhiya na E1 = -13.6 eV, na tinatawag ding ground level. Ang lahat ng iba pang mga estado at antas ng enerhiya ay tinatawag na nasasabik. Dami |E1| ay ang ionization energy ng hydrogen atom.

8. Patunayan na ang probability density ng paghahanap ng isang electron sa layo na katumbas ng Bohr radius ay pinakamataas.

Ang posibilidad ng pag-detect ng isang electron sa isang spherical layer mula r hanggang r+dr ay katumbas ng volume ng layer na ito na pinarami ng . Probability density ng pag-detect ng isang electron sa layo r mula sa nucleus

umabot sa pinakamataas nito sa r=r0.

Ang dami r0, na may sukat ng haba, ay tumutugma sa radius ng unang orbit ng Bohr. Samakatuwid, sa quantum mechanics, ang radius ng unang Bohr orbit ay binibigyang kahulugan bilang ang distansya mula sa nucleus kung saan ang posibilidad na makahanap ng isang electron ay pinakamataas.

9. Anong panuntunan sa pagpili ang sinusunod ng orbital quantum number at bakit?

Mula sa batas ng konserbasyon ng angular momentum sa panahon ng paglabas at pagsipsip ng liwanag ng isang atom, lumitaw ang isang panuntunan sa pagpili para sa orbital quantum number l.

10. Ipahiwatig ang mga uri ng mga transisyon para sa seryeng Lyman at Paschen.

Para sa serye ng Lyman: np → 1s (n = 2, 3...).

Para sa serye ng Paschen: np → 3s, ns → 3p, nd → 3p, np → 3d, nf → 3d (n = 4, 5 ...)

11. Hanapin ang short-wave at long-wave boundaries (l1 at l∞) para sa Lyman, Balmer, Paschen series.

Para sa serye ng Lyman: m = 1, n = 2, 3, … ∞.

R = 1.097 ∙ 107 (m-1)

para sa n = ∞. , l1 = 1/(1.097 ∙ 107) ∙ 109 = 91.2 (nm)

L∞ = 1/(1.097 ∙ 107 ∙ 3/4) ∙ 109 = 121.5 (nm)

Para sa serye ng Balmer: m = 2, n = 3, 4 … ∞.

R = 1.097 ∙ 107 (m-1)

para sa n = ∞. , l1 = 1/(1.097 ∙ 107 ∙ 1/4) ∙ 109 = 364.6 (nm)

L∞ = 1/(1.097 ∙ 107 ∙ 0.1389) ∙ 109 = 656.3 (nm)

Para sa serye ng Paschen: m = 3, n = 4, 5 ... ∞.

R = 1.097 ∙ 107 (m-1)

para sa n = ∞. , l1 = 1/(1.097 ∙ 107 ∙ 1/9) ∙ 109 = 820.4 (nm)

L∞ = 1/(1.097 ∙ 107 ∙ 0.04861) ∙ 109 = 1875.3 (nm)

Bibliograpiya

, Kirillov spectrum ng hydrogen atom. Gabay sa gawaing laboratoryo para sa mga mag-aaral ng lahat ng mga espesyalidad. – Tomsk: TUSUR, 2005. – 10 p. Ripp ng mga error sa pagsukat. Mga alituntunin para sa isang laboratory workshop sa isang kurso sa pisika para sa mga mag-aaral ng lahat ng mga espesyalidad. – Tomsk: FDO, TUSUR, 2006. – 13 p.

Apendiks A

Ang file ng ulat ay sinamahan ng isang file ng pagpaparehistro na may mga resulta ng mga eksperimento na phyLab7.reg.

1 Sa Excel, ang mga parameter ng isang tuwid na linya na binuo mula sa mga ibinigay na puntos ay maaaring makuha gamit ang LINEST() function, na nagpapatupad ng least squares method (LSM). Sa manwal, ang MNC ay inilarawan sa pp. 12–13 f. (10.2)–(10.5).

GAWAING LABORATORY Blg. 18

PAG-AARAL NG SPECTRUM NG HYDROGEN ATOM

Layunin ng gawain: pag-aaral ng mga epekto ng nakikita, infrared at ultraviolet radiation sa katawan; pamilyar sa pamamaraan ng pagsukat ng mga wavelength ng mga parang multo na linya gamit ang isang spectroscope; pag-aaral ng spectrum ng hydrogen atom.

Mga Layunin ng Trabaho: 1) pagkakalibrate ng spectroscope ayon sa kilalang spectrum ng mercury lamp; 2) pagsukat ng mga wavelength ng mga linya ng serye ng Balmer ng hydrogen atom; 3) pagkalkula ng Rydberg constant at ang unang Bohr radius.

Ang ibig sabihin ng pagsuporta ay: spectroscope, mercury at hydrogen lamp.

TEORETIKAL NA BAHAGI

Mga pangunahing kaalaman sa teorya ng radiation

Bilang resulta ng pagpapalalim ng mga ideya tungkol sa likas na katangian ng liwanag, lumabas na ang ilaw ay may dalawahang katangian, na tinatawag wave-particle duality Sveta. Nakikipag-ugnayan ang liwanag sa ilang bagay bilang isang electromagnetic wave, sa iba tulad ng stream ng mga espesyal na particle (light quanta o photon). Iyon ay, ang liwanag ay isang materyal na bagay na may parehong wave at corpuscular properties. Sa iba't ibang mga pisikal na proseso ang mga katangiang ito ay maaaring magpakita ng kanilang mga sarili sa iba't ibang antas. Sa ilalim ng ilang mga kundisyon, iyon ay, sa isang bilang ng mga optical phenomena, ang liwanag ay nagpapakita ng mga katangian ng alon nito (halimbawa, sa panahon ng interference at diffraction). Sa mga kasong ito, kinakailangang isaalang-alang ang liwanag bilang mga electromagnetic wave. Sa iba pang mga optical phenomena (photoelectric effect, Compton effect, atbp.) Ang liwanag ay nagpapakita ng mga corpuscular properties nito, at pagkatapos ay dapat itong katawanin bilang isang stream ng mga photon. Minsan, ang isang optical na eksperimento ay maaaring ayusin sa paraang ang liwanag ay nagpapakita ng parehong wave at corpuscular properties. Ang sangay ng pisika na nag-aaral sa likas na katangian ng liwanag, ang mga batas ng pagpapalaganap nito at pakikipag-ugnayan sa bagay ay tinatawag na optika.

Ang liwanag ay, sa isang makitid na kahulugan, kapareho ng nakikitang radiation, ibig sabihin, mga electromagnetic wave sa frequency range na nakikita ng mata ng tao (7.5-10 14 -4.3-10 14 Hz , na tumutugma sa mga wavelength λ sa vacuum mula 400 hanggang 760 nm). Sa loob ng agwat na ito, ang sensitivity ng mata ay hindi pareho; ito ay nag-iiba depende sa pinaghihinalaang wavelength ng radiation. Ang mata ay pinakasensitibo sa berdeng rehiyon, na tumutugma sa isang wavelength na humigit-kumulang 550 nm. Ang liwanag - sa malawak na kahulugan - ay kasingkahulugan optical radiation, kabilang ang, bilang karagdagan sa nakikitang radiation, ultraviolet UV radiation (10 nm< λ < 400 нм) и инфракрасной ИК областей спектра (760 нм < λ < 1 мм). Именно в оптическом диапазоне начинают отчётливо проявляться одновременно и волновые и корпускулярные свойства электромагнитного излучения.

Ang mga likas na pinagmumulan ng liwanag ay ang Araw, Buwan, mga bituin, atmospheric electrical discharges, atbp.; artipisyal - mga aparato na nagko-convert ng enerhiya ng anumang uri sa enerhiya ng nakikita (o optical) radiation. Sa mga artipisyal na pinagmumulan ng liwanag, ang pagkakaiba ay ginawa sa pagitan ng mga thermal source, kung saan lumilitaw ang liwanag kapag ang mga katawan ay pinainit sa isang mataas na temperatura, at luminescent na mga mapagkukunan, kung saan lumilitaw ang liwanag bilang resulta ng conversion ng ilang uri ng enerhiya nang direkta sa optical radiation, anuman ang thermal state ng naglalabas na katawan. Ang isang ganap na bagong uri ng pinagmumulan ng liwanag ay mga laser (optical quantum generators), na gumagawa ng magkakaugnay na mga sinag ng ilaw na may mataas na intensity, pambihirang pagkakapareho ng frequency at matalim na direksyon.

Ang tanong ng paglabas at pagsipsip ng liwanag ng bagay ay nauugnay hindi lamang sa optika, kundi pati na rin sa pag-aaral ng istraktura ng bagay mismo (mga atomo at molekula).

Sa mga eksperimento ni Rutherford (1911), itinatag na ang atom ng anumang elemento ng kemikal ay binubuo ng isang positibong sisingilin na nucleus, kung saan matatagpuan ang mga electron na may negatibong sisingilin. Sa pangkalahatan, ang atom ay neutral. Ang koleksyon ng mga electron ay bumubuo sa electron shell ng isang atom. Ang nucleus, kung saan halos ang buong masa ng atom ay puro, ay sumasakop sa isang hindi gaanong bahagi ng kabuuang dami nito. Ang diameter ng nucleus ay humigit-kumulang 10 -12 -10 -13 cm. Kasabay nito, ang laki ng atom mismo, na tinutukoy ng laki ng shell ng elektron nito, ay humigit-kumulang 10-8 cm. Ang mga eksperimento ni Rutherford ay nagmungkahi ng isang planetaryong modelo ng atom, kung saan ang mga electron (mga planeta) ay gumagalaw sa paligid ng nucleus (Sun) sa mga saradong orbit (halimbawa, sa unang pagtatantya sa pabilog). Ngunit sa kasong ito, ang mga electron ay lilipat nang may acceleration, at alinsunod sa classical electrodynamics dapat silang patuloy na naglalabas ng electromagnetic (light) waves. Ang proseso ng radiation ay sinamahan ng pagkawala ng enerhiya, kaya sa huli ang mga electron ay dapat mahulog sa nucleus at ang atom ay dapat tumigil sa pag-iral. Kaya, ang mga tanong tungkol sa katatagan ng mga atomo at mga pattern sa atomic spectra ay nanatiling bukas. (Ang emission o absorption spectrum ay ang dependence ng intensity ng emission o absorption sa frequency o wavelength ng liwanag.)

Ang pagkakaroon ng pag-aralan ang buong hanay ng mga eksperimentong katotohanan, noong 1913 ang Danish physicist na si Niels Bohr ay dumating sa konklusyon na kapag inilalarawan ang atom, iyon ay, isang matatag na pagbuo mula sa isang nucleus at mga electron, maraming mga konsepto ng klasikal na pisika ang dapat iwanan. Nagbalangkas siya ng mga postulate na dapat masiyahan sa teorya ng istruktura ng atom.

Unang postulate : ang isang atom (electron sa isang atom) ay maaari lamang nasa mga espesyal na nakatigil o quantum na estado, na ang bawat isa ay tumutugma sa isang tiyak na halaga ng enerhiya (E 1, E 2,…, E n,….). Kaya, ang enerhiya ng isang atom (isang electron sa isang atom) ay tumatagal lamang ng mga discrete na halaga, o sinusukat. Sa mga nakatigil na estado, ang atom ay hindi nagliliwanag.

Pangalawang postulate (ang tuntunin ng dalas ng Bohr) : Kapag ang isang atom (elektron sa isang atom) ay lumipat mula sa isang nakatigil na estado na may enerhiya na E n patungo sa isa pang nakatigil na estado na may enerhiya na E m, isang dami ng liwanag (photon) ang ibinubuga o hinihigop, na ang enerhiya ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng enerhiya ng mga nakatigil na estado:

E photon = hν nm = E n - E m , (1)

kung saan ang h = 6.62·10 -34 J×s ay ang pare-pareho ng Planck, ang ν nm ay ang dalas ng radiation (pagsipsip). Kung E n > E m , kung gayon ang ilaw ay ibinubuga; kung E n< E m - поглощение. Формула (1) представляет собой закон сохранения энергии.

Ang pag-alam sa dalas ν nm, maaari mong mahanap ang haba ng daluyong ng ibinubuga (nasisipsip) na electromagnetic wave:

kung saan ang c = 3·10 8 m/s ay ang bilis ng liwanag sa vacuum.

Ang mga antas ng enerhiya ng atom at isang maginoo na representasyon ng mga proseso ng paglabas at pagsipsip ng liwanag (mga transisyon E 3 → E 2 at E 1 → E 2, ayon sa pagkakabanggit) ay ipinapakita sa Fig. 1.

Batay sa mga iminungkahing postulates, nilikha ni Bohr ang teorya ng pinakasimpleng hydrogen atom at ipinaliwanag ang line spectrum nito. Ang mga konklusyon sa teorya ni Bohr ng hydrogen atom ay ganap na nag-tutugma sa mga konklusyon ng modernong quantum physics, na mahigpit at sapat na naglalarawan sa istraktura at spectra ng atomic system.

Sa kanyang teorya, na sa sandaling ito ay mayroon lamang makasaysayang kahalagahan, isinasaalang-alang ni Bohr ang paggalaw ng isang elektron sa paligid ng nucleus sa mga pabilog na orbit. Itinatag niya na ang radii ng mga pabilog na orbit ay tumutugma sa mga nakatigil na estado ng atom r n kumuha ng mga discrete value (sa SGS e system):

, (3)

Dito m e- mass ng elektron; e– singil nito; n– numero ng orbit (numero ng quantum), na kumukuha ng mga halaga 1, 2, 3... atbp.

Ang formula (3) ay maaaring isulat tulad ng sumusunod:

Una (n = 1) Bohr radius, (5)

Rydberg pare-pareho, - pinong istraktura pare-pareho.

Ang mga wavelength ng mga spectral na linya na ibinubuga sa panahon ng quantum transition ng isang electron sa isang hydrogen atom ay tinutukoy ng Balmer formula:

Ang pormula na ito ay iminungkahi ni Balmer, na nag-aral ng atomic spectra, bago pa ang paglikha ng quantum mechanics, at pagkatapos ay nakuha sa teorya ni Bohr. Dito ang n at m ay mga quantum number (ordinal na numero) ng itaas at mas mababang antas ng enerhiya kung saan nagaganap ang isang quantum transition. Ang Formula (6) ay isa sa mga pinakatumpak na formula sa pisika. Ito ay sumusunod mula dito na ang lahat ng mga linya ng emission (absorption) spectrum ng hydrogen atom ay maaaring pagsamahin sa serye. Ang serye ay isang hanay ng mga linyang ibinubuga sa panahon ng mga paglilipat ng elektron mula sa mas matataas na antas na may mga numerong quantum n = m+1, m+2, m+3, atbp. sa isang antas na may quantum number m = const.

Ipinapakita ng Figure 2 ang mga antas ng enerhiya at spectral na serye ng hydrogen atom. Sa kaliwa ng mga antas ay ang mga quantum number na tumutugma sa kanilang ordinal na numero. Bilang resulta ng iba't ibang transisyon ng hydrogen atom mula sa mas mataas na antas patungo sa mas mababang mga antas, ang mga sumusunod na serye ay nabuo: Lyman (m = 1, n = 2,3,4..); Balmer (m = 2, n = 3,4,5..); Pashen (m = 3, n = 4,5,6..); Brackett (m = 4, n = 5,6,7..); Pfund (m = 5, n = 6,7,8..), atbp. Ayon sa formula (1), ang mga frequency ng mga spectral na linya ay proporsyonal sa mga haba ng mga arrow sa pagitan ng mga antas ng enerhiya ng mga quantum transition na isinasaalang-alang. Makikita na ang pinakamataas na frequency (maikling wavelength) ay tumutugma sa mga linya ng serye ng Lyman. Ang serye ng Lyman ay ganap na namamalagi sa ultraviolet na rehiyon ng electromagnetic wave spectrum. Ang susunod na serye - ang Balmer series (mas mababang frequency o mas mahabang wavelength) ay nahuhulog na sa malapit na ultraviolet at nakikitang rehiyon ng spectrum. Ang susunod na serye - ang serye ng Paschen (kahit na mas mababang mga frequency) ay nasa malapit na infrared na rehiyon, at ang mga linya ng natitirang serye ay nasa malayong hanay ng infrared.

Ang nakikitang bahagi ng line spectrum ng hydrogen atom (Balmer series) ay binubuo ng isang bilang ng mga linya, ang pinakamaliwanag na kung saan ay ang sumusunod na tatlo: pula - H a (n = 3), asul - H b (n = 4) , violet - H g (n = 5).

Sa pamamagitan ng pagsukat sa mga wavelength ng mga linyang ito na isinasaalang-alang ang formula (6), maaari nating eksperimento na mahanap ang halaga ng pare-parehong Rydberg. R:

R= (7)

Natanggap na halaga R nagbibigay-daan sa amin na kalkulahin ang unang Bohr radius gamit ang formula (5) at tantiyahin ang mga linear na sukat ng hydrogen atom ( l~ 2 r 1).

Ang teorya ni Bohr, nang inilalarawan ang pag-uugali ng mga sistemang atomiko, ay hindi ganap na tinanggihan ang mga batas ng klasikal na pisika. Napanatili nito ang mga ideya tungkol sa orbital na paggalaw ng mga electron sa Coulomb field ng nucleus (sa kaso ng hydrogen atom, ang electron ay gumagalaw sa paligid ng nucleus sa mga pabilog na nakatigil na orbit). Samakatuwid, ang teorya ni Bohr ay tinatawag na semiclassical. Gayunpaman, siya ay may malaking papel sa paglikha ng atomic physics. Sa panahon ng pag-unlad nito (1913 - 1925), ang mga mahahalagang pagtuklas ay ginawa, halimbawa, sa larangan ng atomic spectroscopy. Gayunpaman, sa kabila ng matagumpay na pagpapaliwanag ng mga spectral pattern ng hydrogen-like atoms, na kasabay ng mga konklusyon mula sa quantum physics, ang teorya ni Bohr ay may ilang mga pagkukulang. Sa partikular, hindi nito maipaliwanag ang emission spectra ng mas kumplikadong atoms at ang iba't ibang intensity ng spectral lines. Ang mga paghihirap na ito ay malalampasan lamang ng quantum theory, na isinasaalang-alang ang hindi pagkakagamit ng mga klasikal na konsepto sa mga microobject. Kasabay nito, ang mga postulate ni Bohr sa pormulasyon sa itaas (nang hindi ipinapahiwatig ang pag-ikot ng elektron sa paligid ng nucleus sa ilang mga orbit) ay hindi sumasalungat sa mga konsepto ng modernong pisika at tumpak na naglalarawan ng mga nakatigil na estado at mga transisyon ng quantum sa mga atomo.

PRAKTIKAL NA BAHAGI

Pag-calibrate ng spectroscope

Ang pinakasimpleng optical device na idinisenyo para sa decomposing liwanag sa spectral na bahagi at biswal na pagmamasid sa spectrum ay isang spectroscope. Ang mga modernong spectroscope na nilagyan ng mga aparato para sa pagsukat ng mga wavelength ay tinatawag na spectrometer.

Ang spectroscope na ginamit sa gawaing ito (Larawan 3) ay binubuo ng isang collimator (1) at isang teleskopyo (4) na mga tubo na naka-mount sa isang stand (2); glass prism (3) sa ilalim ng takip at micrometric screw (5). Ang mga multo na linya ay sinusunod sa pamamagitan ng isang eyepiece na matatagpuan sa dulo ng teleskopyo.

Ang schematic diagram ng prism spectroscope ay ipinapakita sa Fig. 4. Ang entrance slit O ng collimator tube, na iluminado ng liwanag ng pinagmumulan na pinag-aaralan, ay naglalabas ng makitid na sinag ng liwanag. Ang entrance slit ay matatagpuan sa pokus ng collimator lens O 1, na bumubuo ng parallel beam of rays incident sa dispersing element - ang prisma. Ang pagpasa sa isang prisma, ang mga light ray ay na-refracted nang dalawang beses, bilang isang resulta kung saan sila ay lumihis mula sa kanilang orihinal na direksyon. Dahil sa pag-asa ng refractive index ng prism sa wavelength ng radiation ng insidente (ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na dispersion), ang liwanag ng isang kumplikadong spectral na komposisyon ay nabubulok ng prisma sa ilang mga sinag na may iba't ibang mga wavelength na naglalakbay sa iba't ibang direksyon. Sa kasong ito, ang mga sinag na may mas maikling wavelength (violet) ay pinalihis ng prisma mula sa kanilang orihinal na direksyon nang mas malakas kaysa sa mga sinag na may mas mahabang wavelength (pula). Ang Lens 0 2 ng teleskopyo ay nakatutok sa mga sinag ng liwanag na ito at lumilikha ng mga kulay na linya sa iba't ibang punto ng focal plane - mga larawan ng entrance slit. Ang mga linyang ito ay bumubuo ng isang line emission spectrum ng mga atomo na bumubuo sa pinagmumulan ng liwanag na pinag-aaralan. Sa pamamagitan ng pagsukat ng mga wavelength ng mga linyang ito at paghahambing ng mga nahanap na halaga sa tabular na data sa spectra ng iba't ibang mga elemento ng kemikal, maaari mong malaman kung aling elemento ang spectrum sa ilalim ng pag-aaral. Ang pamamaraan na ito ay ang batayan ng pagsusuri ng spectral ng paglabas.

kanin. 3

Ang pagtatrabaho sa isang spectroscope ay nagsisimula sa pagkakalibrate nito. Pagtatapos ng spectroscope ay ang proseso kung saan ang isang koneksyon ay itinatag sa pagitan ng pagbabasa sa micrometer screw scale at ang wavelength ng spectral line na matatagpuan sa tapat ng thread (visor) sa teleskopyo. Para sa pagkakalibrate, ginagamit ang isang reference na pinagmumulan ng ilaw, na may mga linya sa lahat ng lugar ng spectrum. Ang mga wavelength ng mga linyang ito ay dapat malaman nang may mataas na katumpakan. Ang mga resulta ng pagkakalibrate ay ipinakita sa anyo ng mga graph, talahanayan o bilang isang bagong sukat.

Sa gawaing ito, ang isang ultra-high pressure mercury lamp ng SVD-125 o DRSh type ay ginagamit bilang isang reference light source. Ang lamp tube, na gawa sa espesyal na quartz glass at puno ng mercury vapor, ay nagpapadala ng liwanag sa napakalawak na hanay (kabilang ang nakikita at ultraviolet na mga rehiyon ng spectrum). Ang lamp tube (upang protektahan ang mga mata mula sa ultraviolet rays) ay inilalagay sa isang light-proof na pabahay na may maliit na bintana para sa radiation na makatakas.

I-on ang mercury lamp gamit ang toggle switch na matatagpuan sa back panel ng lightproof na housing. Ang lampara ay dapat magpainit sa loob ng 10 minuto. Ang exit window ng nakabukas na mercury lamp ay dapat na matatagpuan sa tapat ng entrance slit ng collimator tube ng spectroscope. Ang mga conventional glass lens at isang spectroscope prism ay humaharang ng ultraviolet radiation, kaya tanging ang mga indibidwal na spectral na linya ng iba't ibang kulay at intensity na kabilang sa nakikitang spectrum ng mercury ang makikita sa telescope eyepiece. Pagmamasid sa spectrum sa pamamagitan ng eyepiece, ilipat ang mercury lamp upang makamit ang maximum na liwanag ng mga spectral na linya. Ang pag-ikot ng screw ng micrometer ay nagiging sanhi ng pag-ikot ng teleskopyo sa pahalang na eroplano sa paligid ng vertical axis, at ang thread na matatagpuan sa eyepiece (visor) ay lilipat sa spectrum. Inirerekomenda na gumawa ng mga sukat kapag inililipat ang thread mula sa dilaw hanggang sa mga lilang linya. I-align ang viewfinder sa spectral line ng mercury. Sa pamamagitan ng paggalaw ng eyepiece sa kahabaan ng teleskopyo, makuha ang pinakamalinaw na larawan ng linyang ito. Kung kinakailangan, dagdagan ang turnilyo ng micrometer at muling ihanay ang paningin sa linya. (Upang makuha ang pinakatumpak na mga sukat, ang viewfinder ay dapat palaging lumapit sa linya mula sa isang gilid lamang, sa aming kaso - sa kanan.) Itala ang pagbasa sa micrometer screw scale para sa naaangkop na kulay sa Talahanayan 1. (Isang buong pagliko ng ang turnilyo ay tumutugma sa 50 maliliit na dibisyon sa drum. Kung nakakuha ka ng 5 buong rebolusyon at 7 maliliit na dibisyon - ang kabuuang maliliit na dibisyon ay magiging 257.) Ang wavelength ng mga parang multo na linya ng mercury sa talahanayan ay ibinibigay sa nanometer (1 nm = 10 -9 m). Kumuha ng mga sukat para sa iba pang mga linya at punan ang talahanayan 1. Patayin ang mercury lamp.

Talahanayan 1

Batay sa datos sa Talahanayan 1, bumuo ng calibration graph (spectroscope calibration curve) sa graph paper. Ang mga wavelength ng mga spectral na linya ng mercury ay naka-plot sa kahabaan ng ordinate axis OY, at ang mga kaukulang pagbabasa sa micrometer screw scale ay naka-plot kasama ang abscissa axis OX. Ang calibration graph ay dapat magmukhang isang makinis na monotonous na linya. Sa tulong nito, mula sa mga sinusukat na halaga ng mga posisyon (mga dibisyon ng microscrew scale) ng mga spectral na linya ng anumang iba pang radiation, ang kanilang mga wavelength ay maaaring matukoy.

Pag-aaral ng spectrum ng hydrogen atom

Sa gawaing ito, ang mga spectral na linya ng serye ng Balmer ng hydrogen atom ay pinag-aralan, dahil ang ilan sa mga linyang ito ay nasa nakikitang rehiyon ng spectrum: pula - H a, asul - H b, violet - H g. Upang eksperimento na matukoy ang pare-pareho ng Rydberg, kinakailangan upang sukatin ang mga wavelength ng mga parang multo na linyang ito.

I-on ang power source ng hydrogen lamp. Iposisyon ang output window ng lamp at ang spectroscope upang ang mga spectral na linya ng hydrogen atom ay ang pinakamaliwanag. Sa pamamagitan ng pag-ikot ng micrometer screw, ihanay ang eyepiece sight sa pulang linya ng Balmer series. Sa pamamagitan ng paggalaw ng eyepiece sa kahabaan ng teleskopyo, makuha ang pinakamalinaw na larawan ng parang multo na linyang ito. Itala ang micrometer screw scale readings sa Talahanayan 2. Magsagawa ng mga sukat para sa asul at violet na linya ng hydrogen atom. Patayin ang hydrogen lamp.

talahanayan 2

Ilagay sa Talahanayan 2 ang mga quantum number ng mga antas ng enerhiya sa pagitan ng kung saan ang isang paglipat ay nangyayari sa paglabas ng kaukulang spectral line. Tukuyin ang mga wavelength ng mga linyang ito mula sa calibration graph at i-convert ang mga ito sa SI system (metro).

Gamit ang formula (7), hanapin ang halaga ng Rydberg constant para sa bawat wavelength. Kalkulahin ang average na halaga ng Rydberg constant at random na error na nauugnay sa scatter ng experimental data: = 0.529 10 -10 m Kalkulahin ang relative error sa pagtukoy ng unang Bohr radius .

PAMAMARAAN PARA SA PAGGANAP NG TRABAHO

PANSIN! Gumagamit ang trabaho ng mercury lamp, na isang malakas na pinagmumulan ng ultraviolet radiation. Huwag tumingin nang direkta sa exit window ng mercury lamp., dahil Ang direktang pagkakalantad ng liwanag sa mga mata ay maaaring magdulot ng paso sa retina.

1. Maging pamilyar sa istruktura ng spectroscope.

2. Buksan ang mercury lamp at painitin ito ng 10 minuto.

3. Ilagay ang output window ng lampara sa tapat ng input window ng collimator tube ng spectroscope.

4. Sa pamamagitan ng paggalaw ng mercury lamp, makamit ang pinakamataas na ningning ng mga parang multo na linya na naobserbahan sa pamamagitan ng eyepiece ng teleskopyo.

5. Sa pamamagitan ng pag-ikot ng micrometer screw, ihanay ang eyepiece sight sa pre-focused yellow mercury line. Itala ang mga pagbabasa ng microscrew scale.

6. Kumuha ng mga sukat para sa iba pang mga linya ng mercury at punan ang talahanayan 1. Patayin ang mercury lamp.

7. Batay sa data sa Talahanayan 1, bumuo ng isang calibration graph - ang pag-asa ng wavelength ng mga spectral na linya ng mercury sa mga pagbasa ng micrometer screw scale.

8. I-on ang hydrogen lamp at ilagay ito sa entrance window ng spectroscope.

9. Tukuyin ang posisyon ng mga parang multo na linya ng serye ng Balmer ng hydrogen atom. Ilagay ang micrometer screw scale readings sa Talahanayan 2. I-off ang hydrogen lamp.

10. Gamit ang isang calibration graph, hanapin ang mga wavelength ng H a, H b at H g na mga linya ng hydrogen atom. Punan ang talahanayan 2.

11. Gamit ang formula (7), hanapin ang halaga ng Rydberg constant para sa bawat sinusukat na wavelength.

12. Gamit ang mga formula (8) at (9), ayon sa pagkakabanggit, kalkulahin ang average na halaga ng pare-pareho ng Rydberg at random na error.

14. Hanapin ang relatibong error sa pagtukoy ng unang Bohr radius .

15. Gumawa ng konklusyon at gumawa ng ulat.

CONTROL QUESTIONS

1. Ano ang liwanag? Anong mga katangian mayroon ito? Sa anong mga eksperimento ginawa ang mga katangiang ito

naobserbahan?

2. Anong mga lugar ng spectrum ng mga electromagnetic wave ang kasama sa konsepto ng optical radiation? Pakisaad ang kanilang mga saklaw.

3. Paano nakabalangkas ang isang atom?

4. Bumuo ng mga postulate ni Bohr.

5. Ano ang dalas ng emitted o absorbed light quantum?

6. Paano mahahanap ang wavelength ng liwanag?

7. Isulat ang pormula ni Balmer. Ipaliwanag ang lahat ng dami na kasama dito.

8. Ano ang unang Bohr radius? Paano tantyahin ang mga linear na sukat ng isang atom?

1. Savelyev I.V. Pangkalahatang kurso sa pisika. Quantum optika. Atomic physics./ M.: Nauka, 1998. - 480 p. (§ 3.1 - § 3.6 p.51-68)

Kaugnay na impormasyon.

LABORATORY WORK No. 10

MAIKLING TEORYA

Ang layunin ng gawaing ito ay upang maging pamilyar sa spectrum ng hydrogen at sodium. Sa proseso ng pagsasagawa nito, kinakailangan na biswal na obserbahan ang nakikitang bahagi ng spectrum, sukatin ang mga wavelength at, batay sa mga resulta ng mga sukat na ito, matukoy ang pare-pareho ng Rydberg.

Ang emission spectrum ng hydrogen atom ay binubuo ng mga indibidwal na matutulis na linya at namumukod-tangi sa pagiging simple nito. Balmer (1885), Rydberg (1890) at Ritz (1908) ay itinatag na empirically na ang mga spectral na linya ng hydrogen ay maaaring ipangkat sa serye, at ang mga wavelength ay ipinahayag na may mataas na katumpakan ng formula:

nasaan ang wave number; l-haba ng daluyong, sa vacuum; R= 109677.581 cm -1 - pare-pareho ang Rydberg; n = 1, 2, 3, ... - isang natural na numero, pare-pareho para sa mga linya ng isang naibigay na serye, na maaaring ituring bilang numero ng serye; m = n + 1, n + 2, n + 3, ... - isang natural na numero na "nagbibilang" sa mga linya ng isang ibinigay na serye.

Ang serye na may n = 1 (serye ng Lyman) ay ganap na nakasalalay sa ultraviolet na bahagi ng spectrum. Ang serye na naaayon sa n = 2 (serye ng Balmer) ay may unang apat na linya sa nakikitang rehiyon. Ang mga serye na may n = 3 (Paschen), n = 4 (Brackett), n = 5 (Pfund) at iba pa ay nasa infrared range.

Ipinapakita ng high-resolution spectroscopy na ang mga serial lines (I) ay may magandang istraktura; bawat linya ay binubuo ng ilang malapit na pagitan ng mga bahagi sa layo na sandaang bahagi ng isang angstrom para sa nakikitang bahagi ng spectrum.

Teorya ni Bohr. Maraming mga pagtatangka upang ipaliwanag ang istraktura ng linya ng atomic spectra, sa partikular na formula (1), mula sa punto ng view ng klasikal na pisika ay hindi nagtagumpay. Noong 1911, itinatag ng mga eksperimento ni Rutherford ang nuclear model ng atom, na mula sa punto ng view ng klasikal na mekanika ay dapat isaalang-alang bilang isang koleksyon ng mga electron na gumagalaw sa paligid ng nucleus. Ayon sa mga batas ng classical electrodynamics, ang naturang atomic model ay hindi matatag, dahil dahil sa acceleration na kinakailangan para sa curvilinear motion sa mga orbit, ang mga electron ay dapat maglabas ng enerhiya sa anyo ng mga electromagnetic wave at, bilang isang resulta, mabilis na mahulog sa nucleus. Noong 1913, si Bohr, na tinalikuran ang mga ideyang klasikal, ay bumuo ng isang teorya na katugma sa nuklear na modelo ng atom at ipinaliwanag ang mga pangunahing pattern sa spectrum ng hydrogen atom at mga katulad na atomic system.

Ang teorya ni Bohr ay batay sa mga sumusunod na postulate:

1. Ang isang atomic system ay may discrete stable stationary states na may isang tiyak na enerhiya, na maaaring gamutin gamit ang mga ordinaryong mekanika, ngunit kung saan ang system ay hindi nag-radiate, kahit na dapat itong mag-radiate ayon sa classical electrodynamics.

2. Ang radyasyon ay nangyayari sa panahon ng paglipat mula sa isang nakatigil na estado patungo sa isa pa sa anyo ng isang dami ng enerhiya hv monochromatic na ilaw (dito v- dalas ng radiation; h= 6.62 10 -27 erg.sec - pare-pareho ng Planck).

3. Sa espesyal na kaso ng paggalaw sa mga pabilog na orbit, tanging ang mga orbit kung saan ang angular momentum P ng electron ay isang multiple ng h/2p:

saan n = 1, 2, 3,...; m e- mass ng elektron, r n- radius n ika orbit; Vn- bilis ng elektron bawat n ika orbit.

Alinsunod sa batas ng konserbasyon ng enerhiya at ang unang dalawang postulate ni Bohr, ang enerhiya ng isang radiation quantum sa panahon ng paglipat sa pagitan ng mga nakatigil na estado na may mga enerhiya. E" At E"" katumbas ng

hv= E" - E"" . (3)

Kung ihahambing natin ang mga formula (1) at (3), madaling makita na ang enerhiya ng mga nakatigil na estado ng hydrogen atom ay tumatagal, hanggang sa pag-sign, ng isang discrete quantum series ng mga halaga:

saan c- bilis ng liwanag.

Isaalang-alang ang isang atom na binubuo ng isang nucleus na may singil Z e at isang elektron. Para sa hydrogen Z= 1, para sa singly ionized helium (He+) Z= 2, para sa dobleng ionized lithium (Li++) Z= 3, atbp. Ang lakas ng pakikipag-ugnayan ng Coulomb sa pagitan ng nucleus at ng electron ay magiging katumbas ng:

saan r- ang distansya sa pagitan ng nucleus at ng elektron. Sa ilalim ng impluwensya ng puwersang ito, ang elektron ay gumagalaw sa paligid ng nucleus sa isang elliptical orbit, sa partikular, sa isang bilog. Kung bibilangin natin ang potensyal na enerhiya U mula sa halaga nito para sa isang electron sa infinity, pagkatapos

Kapag gumagalaw sa isang bilog, ang sentripetal na puwersa ay katumbas ng

saan nagmula ang kinetic energy?

Kabuuang Enerhiya

Mula sa mga relasyon (2) at (7) makikita natin ang radius ng isang pabilog na nakatigil na orbit

Ang pagkakapantay-pantay (10) ay nagpapakita na ang mga nakatigil na orbit ay mga bilog na ang radii ay tumataas sa proporsyon sa parisukat ng numero ng orbit.

Ang pagpapalit ng (10) sa (9), nakukuha natin ang enerhiya sa mga nakatigil na estado (Larawan 2):

Ang pagpapahayag (11) ay sumasabay sa (4), kung ilalagay natin

Ang value (12) ay medyo naiiba sa value ng Rydberg constant na natagpuan mula sa spectroscopic measurements. Ang katotohanan ay na kapag kumukuha ng formula (11), ipinapalagay namin na ang nucleus ay hindi gumagalaw, samantalang, dahil sa finiteness ng masa nito, ito, kasama ang electron, ay gumagalaw sa paligid ng kanilang karaniwang sentro ng pagkawalang-galaw. Upang isaalang-alang ang pangyayaring ito, sapat na upang ipakilala ang pinababang masa ng electron at nucleus sa halip na ang mass ng elektron:

saan M- pangunahing masa.

Pinapalitan sa (12) m e sa m, nakukuha natin sa kaso ng hydrogen atom ( M = Mp):

na nasa mahusay na pagsang-ayon sa eksperimento. Dito ang R ay tumutugma sa isang walang katapusang malaking masa ng nucleus at tumutugma sa (12).

Ang expression (14) ay nagpapakita na ang Rydberg constant para sa hydrogen isotopes (deuterium na may M d = 2M p at tritium M T = 3M p), dahil sa pagkakaiba sa pinababang masa, naiiba sa pare-pareho ng Rydberg Rp para sa magaan na hydrogen. Ito ay nasa mabuting pagsang-ayon sa naobserbahang paglilipat ng linya sa spectra ng deuterium at tritium kumpara sa spectrum ng hydrogen (isotopic shift).

Upang ilarawan ang mas banayad na mga epekto, halimbawa, ang paghahati ng mga parang multo na linya na ibinubuga ng mga atomo sa isang panlabas na larangan, hindi sapat na isaalang-alang lamang ang mga pabilog na orbit. Higit pang mga pangkalahatang kondisyon ng stationarity kaysa sa (2), na angkop para sa mga elliptical orbit, ay ibinigay ni Sommerfeld sa sumusunod na anyo: kung isang mekanikal na sistema na may i Ang mga antas ng kalayaan ay inilalarawan ng mga pangkalahatang coordinate q i at kaukulang mga pangkalahatang impulses p i = ¶T/¶q i, kung gayon ang mga estado lamang ng system ang nakatigil kung saan

saan n i- integer quantum number, at ang integration ay umaabot sa buong hanay ng mga pagbabago q i. Sa kaso ng isang ellipse na inilarawan ng mga polar coordinates r At j, meron kami

saan n j At n r- azimuthal at radial quantum numero. Dahil sa constancy ng angular momentum p j= const = p kondisyon (16) ay nagbibigay, tulad ng sa kaso ng isang pabilog na orbit,

Ang kaukulang pagkalkula ay nagpapakita na ang enerhiya ng elektron ay nakasalalay sa halaga n j +n r = n ayon sa formula (11). n tinatawag na pangunahing quantum number. kasi n j = 1, 2, ...n, para sa isang naibigay n, magagamit n elliptical orbit na may parehong enerhiya (11) at may magkaibang angular momentum (18). Kung isasaalang-alang natin ang ikatlong antas ng kalayaan, kung gayon ang kondisyon ng quantization (15) para dito ay humahantong sa katotohanan na ang bawat orbit ay maaaring i-orient sa espasyo hindi sa isang arbitrary na paraan, ngunit sa paraang ang projection ng angular momentum papunta sa anumang nakapirming direksyon ang OZ ay maaaring tumagal ng 2 n+ 1 value, multiple h/(2p) :

m = - n j , - n j + 1, . . . . . n j- 1 , n j . (20)

Malinaw na ipinakita ng teoryang Bohr-Sommerfeld ang hindi naaangkop ng klasikal na pisika at ang kaunahan ng mga batas ng quantum para sa mga mikroskopikong sistema. Ipinaliwanag niya ang mga pangunahing pattern sa spectra ng hydrogen-like ions, alkali metals, at X-ray spectra. Sa loob ng balangkas nito, ang mga regularidad ng periodic system ng mga elemento ay ipinaliwanag sa unang pagkakataon. Sa kabilang banda, ang teorya ay hindi nagbigay ng pare-parehong paliwanag para sa intensity at polariseysyon ng mga parang multo na linya. Nabigo ang mga pagtatangkang bumuo ng teorya ng pinakasimpleng two-electron system—ang helium atom. Ang mga pagkukulang ng teorya ni Bohr ay bunga ng panloob na hindi pagkakapare-pareho nito. Sa katunayan, sa isang banda, umaakit ito ng mga ideya ng quantization na kakaiba sa klasikal na pisika, at sa kabilang banda, gumagamit ito ng mga klasikal na mekanika upang ilarawan ang mga nakatigil na estado. Ang pinakatamang larawan ng intra-atomic physical phenomena ay ibinigay ng pare-parehong quantum theory - quantum mechanics, kung saan ang teorya ni Bohr ang pinakamahalagang yugto ng paglipat.

Quantum mechanical na paglalarawan ng mga nakatigil na estado. Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng quantum mechanics at Bohr's theory ay ang pagtanggi sa ideya ng electron motion kasama ang isang klasikong tinukoy na orbit. Kaugnay ng isang microparticle, hindi natin mapag-uusapan ang lugar nito sa tilapon, ngunit tungkol lamang sa posibilidad. dW hanapin ang particle na ito sa dami dV, katumbas

dW = | Y (x, y, z)| 2 dx dy dz, (21)

kung saan si Y (x, y, z) ay isang wave function na sumusunod sa equation ng motion ng quantum mechanics. Sa pinakasimpleng kaso, ang equation na nakuha ni Schrödinger para sa mga nakatigil na estado ay may anyo

saan E At U- kabuuan at potensyal na enerhiya ng isang particle na may masa m e.

Ang posibilidad ng pagkakaroon ng elektron sa dami ng yunit Y |(x, y, z)| 2, na kinakalkula para sa bawat punto, ay lumilikha ng ideya ng electron cloud bilang isang tiyak na istatistikal na pamamahagi ng electron charge sa espasyo. Ang bawat nakatigil na estado ay nailalarawan sa sarili nitong pamamahagi ng density ng elektron, at ang paglipat mula sa isang nakatigil na estado patungo sa isa pa ay sinamahan ng pagbabago sa laki at pagsasaayos ng ulap ng elektron.

Ang electron cloud density ay isang function ng distansya mula sa nucleus r. Ito ay kagiliw-giliw na tandaan, para sa paghahambing sa teorya ni Bohr, na ang pinakamataas na radial density ng ground state ng hydrogen atom ay tumutugma sa punto. r, na tinutukoy ng formula (10), ibig sabihin, ang pinakamalaking posibleng distansya ng electron mula sa nucleus ay eksaktong katumbas ng radius ng unang orbit sa teorya ni Bohr (Fig. 1).

Habang lumalaki ang laki ng electron cloud, kadalasang tumataas ang enerhiya nito. E n, na nailalarawan ng pangunahing quantum number n. Tinutukoy ng hugis ng electron cloud ang "orbital" na angular momentum р l, na nailalarawan sa pamamagitan ng quantum number l.

kanin. 1. Pamamahagi ng probabilidad para sa isang electron sa mga estado:

1 - n = 1, l= 0 at 2 - n = 2, l = 0

Tinutukoy ng oryentasyon ng ulap ang projection ng sandali p lz sa espasyo, na nailalarawan sa pamamagitan ng quantum number m l. Bilang karagdagan sa orbital momentum, ang electron ay may sariling angular momentum - spin r s, na maaaring magkaroon ng dalawang oryentasyon sa espasyo, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng dalawang halaga ng quantum number MS= - 1/2, + 1/2. Maaaring isipin na ang spin momentum ay sanhi ng pag-ikot ng electron sa paligid ng axis nito (katulad ng kung paano umiikot ang Earth sa paligid ng axis nito habang gumagalaw sa orbit sa paligid ng Araw). Ang simpleng larawang ito ay kapaki-pakinabang bilang isang visual na geometric na representasyon ng posibleng pinagmulan ng spin. Ang quantum theory lamang ang makapagbibigay ng mahigpit na kahulugan ng spin.

Ayon sa quantum mechanics, ang angular momentum at ang kanilang mga projection ay tinutukoy ng mga sumusunod na relasyon:

Tandaan na ang Bohr–Sommerfeld quantization rules (18), (19) ay isang approximation sa (23), (24) para sa malaking l.

Kaya, upang hindi malabo na matukoy ang estado ng isang elektron sa isang atom, apat na pisikal na dami ang maaaring tukuyin. E n , p l , p lz , p sl , o, ano ang parehong bagay, ang quadruple ng quantum number m, l, m l, m s. Ang mga halaga ng mga quantum number na ito ay limitado ng mga formula (23) - (26).

n = 1, 2, 3, 4, ... ; (27)

l = 1, 2, 3, 4, ..., n - 1 ; m l = - l, - l+ 1, ..., 0, ..., l- 1, l;

MS = -1/2 , +1/2 .

Numero ng orbital l= 0, 1, 2, 3, 4, atbp. karaniwang tinutukoy ng mga titik s, p, d, f, q at higit pa ayon sa alpabeto.

Sa pamamagitan ng pagpapalit ng quadruple ng quantum number, lahat ng posibleng estado ng atom ay maaaring makuha. Ang pagkakasunud-sunod ng pagpuno sa mga elektronikong estado na ito ay tinutukoy ng dalawang prinsipyo: ang prinsipyo ng Pauli at ang prinsipyo ng hindi bababa sa enerhiya.

Ayon sa prinsipyo ng Pauli, ang isang atom ay hindi maaaring magkaroon ng dalawang electron na may parehong hanay ng mga quantum number. Ayon sa prinsipyo ng pinakamababang enerhiya, ang pagpuno ng mga elektronikong estado ay nangyayari mula sa mababang halaga ng enerhiya hanggang sa mas mataas sa pagkakasunud-sunod.

1s < 2s < 2p < 3s < 3p . (28)

Alinsunod sa prinsipyo ng Pauli at mga paghihigpit (27) sa mga estado na may ibinigay n At l hindi maaaring higit sa 2(2 l+ 1) mga electron. Samakatuwid sa s-estado ( l= 0) maaaring mayroong hindi hihigit sa dalawang electron sa p-estado ( l= 1) - hindi hihigit sa anim na electron at iba pa. Sa isang estado na may ibinigay na quantum principal number n Maaaring hindi hihigit sa mga electron.

Isang set ng mga estado na may ibinigay n tinatawag na electron shell, isang set ng mga estado na may ibinigay na pares ng mga numero n At l tinatawag na subshell. Ang pamamahagi ng mga electron sa isang atom sa mga subshell ay tinatawag na electronic configuration. Halimbawa, ang mga elektronikong pagsasaayos ng mga ground state ng hydrogen, lithium, helium, sodium atoms, atbp. magkaroon ng form:

1s 1 (H)

1s 2 (Siya)

1s 2 2s 1 (Li)

1s 2 2s 2 2p 6 3s 1(Na)

kung saan ang mga superscript ay nagpapahiwatig ng bilang ng mga electron sa kaukulang mga subshell, at ang mga numero sa hilera ay nagpapahiwatig ng halaga ng pangunahing quantum number n. Ipaliwanag natin ang panuntunan para sa pagsulat ng mga elektronikong pagsasaayos gamit ang halimbawa ng sodium atom Z= 11. Pag-alam sa pinakamataas na bilang ng mga electron sa mga estado s At p(2 at 6, ayon sa pagkakabanggit), naglalagay tayo ng 11 electron, kasunod ng hindi pagkakapantay-pantay (28) mula kaliwa hanggang kanan, pagkatapos ay makakakuha tayo ng 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. Ang elektronikong pagsasaayos ng iba pang mga atomo ay nakuha sa katulad na paraan.

kanin. 2. Diagram ng mga antas ng enerhiya at radiative transition ng hydrogen atom

Mga wavelength sa emission spectrum ng mercury

PAMAMARAAN PARA SA PAGGANAP NG TRABAHO

1. I-on ang power supply ng UM-2 monochromator at ang mercury lamp.

2. Gamit ang talahanayan, i-calibrate ang monochromator (bumuo ng graph).

3. I-on ang gas-discharge tube na may sodium at tukuyin ang mga wavelength sa nakikitang bahagi ng spectrum gamit ang graph.

4. Tukuyin ang Rydberg constant para sa bawat linya at hanapin ang average na halaga.

5. Tukuyin ang potensyal ng ionization ng sodium atom.

MGA TANONG AT GAWAIN SA PAGSUBOK

1. Sabihin sa amin ang tungkol sa teorya ng atomic structure na nilikha ni Bohr.

2. Paano naiiba ang teorya ni Bohr sa quantum mechanical theory?

3. Anong mga quantum number ang alam mo? Ano ang prinsipyo ni Pauli?

4. Isulat ang Schrödinger equation para sa isang hydrogen-like atom.

5. Paano tinutukoy ang spectroscopic charge ng isang electron?

6. Ano ang pangkalahatang Balmer formula?

7. Ipaliwanag ang mga diagram ng mga antas ng enerhiya at radiative transition ng hydrogen at sodium atoms.

Panitikan

1. Zherebtsov I.P. Mga Pangunahing Kaalaman sa Electronics. Leningrad, 1990.

2. Koshkin N.I., Shirkevich M.G. Handbook ng elementarya physics. –M., 1988.

3. Mirdel K. Electrophysics. – M. 1972

4. Optika at atomic physics: Laboratory workshop sa physics / Ed. R.I. Soloukhina. 1976.

5. Pesrov E.G., Lapshin G.M. Quantum electronics. –M. 1988.

6. Workshop sa spectroscopy / Ed. L.V. Levshite, –M, 1976.

7. Savelyev I.V. Pangkalahatang kurso sa pisika. –M., T.-2, 3., 1971.

8. Sivukhin D.V. Pangkalahatang kurso sa pisika. T-3, – M., 1990.

9. Trofimova T.I. Kurso sa pisika. –M., Nauka, 1990.

10. FanoU., Fano L. Physics ng atoms at molecules. – M., 1980.

11. Sheftel I.T. Thermistors. – M., 1972

12. Shpolsky E.V. Atomic physics. – M. 1990

13. Yavorsky B.M., Seleznev Yu.A. Patnubay sa Sanggunian sa Pisika. –M., 1989.

Edisyong pang-edukasyon

Alekseev Vadim Petrovich

Paporkov Vladimir Arkadevich

Rybnikova Elena Vladimirovna

Pagawaan sa laboratoryo