原子光谱 - 定义、用法、公式、示例

原子具有相同数量的负电荷和正电荷。在汤姆森的概念中，原子被描述为带有嵌入电子的球形正电荷云。在卢瑟福的模型中，一个微小的原子核承载了原子的大部分质量，以及它的正电荷，电子围绕它运行。

卢瑟福的方法未能解释两个因素：它无法就物质的稳定性达成一致，因为它预测原子是不稳定的，因为围绕原子核旋转的电子可能会螺旋进入原子核。它无法解释一系列原子的光谱特性。每个元素的原子都有自己独特的光谱并且是稳定的。光谱由线光谱组成，线光谱是孤立的平行线。 Thomson 的模型是静电不稳定的，而 Rutherford 的模型是电磁不稳定的。

玻尔原子模型的公设

尼尔斯·玻尔奠定了量子力学的基础，它们如下：

• 氢原子中的电子在稳定的轨道上旋转，不产生辐射能。
• 静止轨道上的角动量是方程 h / 2,π 和 L = nh / 2π 的倍数，其中 n 被称为量子数。
• 电子从非辐射轨道变为低能轨道。当这种情况发生时，会发射一个能量与最终状态和初始状态之间的差异相同的光子。 hv= E _i E _f用于计算频率 (v)。

原子光谱

当电子在原子内的不同能级之间移动时，电子的电磁辐射光谱会被释放或吸收。当电子从一个能级移动到下一个能级时，它会发射或吸收给定波长的光。

The atomic spectra of atoms are the collection of all these unique wavelengths of the atom in a certain set of variables such as pressure, temperature, and so on. Emission spectra, absorption spectra, and continuous spectra are the three forms of atomic spectra.

里德堡公式清楚地将原子氢发射光谱划分为多条具有波长的谱线。不同能级之间的原子跃迁导致氢发射光谱中的可观察谱线。在天文光谱学中，光谱系列非常重要。

原子光谱

研究原子接收或发射的电磁辐射称为原子光谱。原子光谱分为三种不同形式：

1. 能量从基态到激发态的转移是原子发射光谱的主题。原子发射可以解释电子跃迁。
2. 原子吸收光谱：为了发生吸收，较低和较高的能级必须具有等效的能量差。原子吸收光谱原理中使用了在雾化器中产生的自由电子可以吸收给定频率的辐射的概念。测量气态的基态原子的吸收。
3. 原子荧光光谱结合了原子发射和原子吸收，因为它同时使用激发和去激发辐射。

原子光谱的用途是：

• 用于识别冶金材料的谱线。
• 它在制药工业中用于检测已使用的材料的痕迹。
• 它可用于研究具有多个维度的元素。

光谱系列

A spectral series is a collection of wavelengths arranged in a logical order. Light, or any electromagnetic radiation released by energised atoms, has this property.

因为氢原子是自然界中发现的最基本的原子系统，所以产生了最基本的系列。当狭缝允许光束或其他辐射进入设备时，光或辐射的每个分量都会形成光源的图像。在分光镜下解析时，可以看到这些图像。

照片将呈平行线形状，间距一致，彼此相邻。当从较高波长侧移动到较低波长侧时，这些线将在较高波长侧相距更远并最终闭合。最短的波长具有最少的分离谱线，称为系列极限。

Line spectrum of the hydrogen atom

A hydrogen atom is made up of several line spectrum series, including:

1. Pfund Series
2. Brackett Series
3. Paschen Series
4. Balmer Series
5. Lyman Series

光谱系列形成

玻尔的原子模型建模并很好地解释了每个原子所包含的一组能级/状态。量子数 (n=1, 2, 3, 4, 5, 6, .....) 用于命名能量状态。当电子从高能态 (n _h ) 跃迁到低能态 (n _l ) 时，会释放能量为 n _h – n _l的光子。因为与每个状态相关的能量是固定的，它们之间的差异也是固定的，导致相似的能量状态之间的跃迁产生相同的能量光子。

电子跃迁到较低能态将光谱系列划分为等效系列。在该系列中，希腊字母用于分隔相应能量的谱线。氢具有以下光谱系列：

• 莱曼级数 (n _l =1)

该系列由 Theodore Lyman 在 1906 年至 1914 年间发现。因此，它以他的名字命名。当电子从高能态（n _h =2, 3, 4, 5, 6,…）跃迁到n _l =1能态时，根据玻尔模型，出现莱曼级数。莱曼系列的波长都在紫外波段。

与谱线相关的波长列表见下表：

Energy level (n)	Wavelength (in nm) in vacuum
∞	91.175
6	93.78
5	94.974
4	97.256
3	102.57
2	121.57

• Balmer 系列 (n _l =2)

Johann Balmer 是 1885 年第一个发现该系列的人。因此，该系列以他的名字命名。当电子从较高能级 (n _h =3,4,5,6,7,…) 进入较低能级 (n _l =2) 时，Balmer 系列出现。 Balmer 系列的波长在电磁光谱（400 nm 至 740 nm）中都是可见的。 Balmer 系列的 H-Alpha 线也是太阳光谱的一部分，在天文学中用于识别氢。

有关与谱线相关的波长列表，请参见下表。

Energy level (n)	Wavelength (in nm) in air
∞	364.6
7	397.0
6	410.2
5	434.0
4	486.1
3	656.3

• 帕申级数 (n _l =3)

1908 年，一位名叫弗里德里希·帕申的德国物理学家是第一个注意到这个系列的人。因此，该系列以他的名字命名。当电子从较高能级 (n _h =4, 5, 6, 7, 8, ...) 迁移到较低能级 (n _l =3) 时，Paschen 系列发展。 Paschen 系列中的所有波长都在电磁光谱的红外部分。波长最小的 Brackett 系列与 Paschen 系列重叠。该系列与所有后续系列重叠。

有关与谱线相关的波长列表，请参见下表。

Energy level (n)	Wavelength (in nm) in air
∞	820.4
8	954.6
7	1005
6	1094
5	1282
4	1875

布拉克特级数 (n _l =4)

1922 年，一位名叫弗里德里希·萨姆纳·布拉克特的美国物理学家第一次发现了这个系列。因此，该系列以他的名字命名。当电子从较高能级 (n _h =5, 6, 7, 8, 9 …) 移动到较低能级 (n _l =4) 时，Brackett 级数发展。 Brackett 系列的波长都在电磁光谱的红外区域。

有关与谱线相关的波长列表，请参见下表。

Energy level (n)	Wavelength (in nm) in air
∞	1458
9	1817
8	1944
7	2166
6	2625
5	4051

• Pfund 系列 (n _l =5)

1924 年，August Harman Pfund 第一次意识到这个系列。因此，该系列以他的名字命名。当电子从较高能级 (n _h =6, 7, 8, 9,10, ...) 跃迁到较低能级 (n _l =5) 时，出现 Pfund 系列。 Pfund 系列的波长都在电磁光谱的红外区域。

有关与谱线相关的波长列表，请参见下表。

Energy level (n)	Wavelength (in nm) in vacuum
∞	2279
10	3039
9	3297
8	3741
7	4654
6	7460

• 汉弗莱斯级数 (n _l =6)

1953年，一位名叫柯蒂斯·J·汉弗莱斯的美国物理学家第一次发现了这个数列，并以他的名字命名了这个数列。当电子从较高能级 (n _h =7, 8, 9, 10, 11…) 迁移到较低能级 (n _l =6) 时，汉弗莱斯级数发展。汉弗莱斯系列的波长都在电磁光谱的红外区域。

有关与谱线链接的波长列表，请参见下表。

Energy level (n)	Wavelength (in μm) in vacuum
∞	3.282
11	4.673
10	5.129
9	5.908
8	7.503
7	12.37

示例问题

问题1：原子光谱到底是什么？

回答：

The spectrum of electromagnetic radiation emitted or absorbed by an electron as it transitions between different energy levels within an atom is known as atomic spectra.

问题2：在物理和化学中，“谱”这个词是什么意思？

回答：

The meaning of spectrum is the same in physics as it is in chemistry. When white light is allowed to flow through a prism, it produces a band of colours on a screen.

问题3：原子由什么组成？

回答：

Atoms have an equal number of negative and positive charges. Atoms were described as a spherical cloud of positive charges with embedded electrons in Thomson’s concept.

问题四：谱线数是多少？

回答：

 When electrons shift from higher energy levels to lower energy levels, spectral lines appear. The following are the two types of spectral lines:

1. Emission lines: Emission lines are a type of spectral line that can appear in a variety of colours and have a black background. Only when the particles emit the wavelength can these lines be seen.
2. Absorption lines are a type of spectral line that can be classified in two ways. These could take the form of dark coloured bands on a black background. When the particles absorb the wavelengths, these lines appear.

问题5：在光谱中，可以看到多少条谱线？

回答：

When moving from higher to lower energy levels, the spiritual lines can be seen. The concept of numerous spectral lines has been generalised after several research. The elements of the fourth energy level migrate to the third level, and then two second-level elements move to the first level.

问题 6：提及不同系列的频谱以及线在频谱上的位置。

回答：

 The many series of the spectrum, as well as the various sections of the spectrum where the lines lie, are shown below –

• The UV band is part of the Lyman Series.
• H alpha line from the Balmer series
• Infrared region of the Paschen Series
• The Brackett Series is an electromagnetic spectrum that exists in the infrared area.
• Infrared region Pfund series
• Infrared region of the Humphreys series.