氢原子光谱qingyuanzi guangpu

指氢原子的线状光谱。19世纪后半期人们就发现，当原子用火焰、电弧、电火花或其他方法使之激发，发射出来的光谱就是线状光谱，亦称为原子光谱，每种原子都有自己的特征光谱，其中最简单的是氢原子光谱，见下图。

氢原子光谱

1859年英国J.普洛克发现了氢光谱中最重要的3条谱线。1885年从某些星体的光谱中观察到的氢光谱线已达14条。瑞士J.J.巴尔麦进一步发现可见光区谱线的波长λ可归纳为下列关系式：

B=364.56nm，这称为巴尔麦公式。把B值和n=3,4,5，…依次代入上式就可计算出H2,HB,Hr…等谱线的波长，它们和实验值十分相近。这称为氢原子的可见光谱或巴尔麦系。1890年，从碱金属的原子光谱中也发现了类似上式的关系。同年瑞典J.R.里得堡将氢原子光谱的频率v归纳成为一个统一公式：

式中R称为里得堡常数，为3.290×1015s-1; c为光速； n1=1,2,3，…，n2=2,3,4，…，且n2≥n1+1。1906年T.拉曼发现紫外区的氢光谱线，称为拉曼系； 1908-1925年F.派兴等人在红外区也发现若干组氢光谱线。氢光谱各谱线系如下表：

氢原子光谱各谱线系

氢原子光谱的频率具有一定的规律并非个别元素原子在局部光区的特殊表现，它具有较普遍的意义。1913年N.玻尔首先用旧量子论解释了氢光谱的事实，提出了能极的概念。氢光谱实际是核外电子在各能极间跃迁的结果，揭示了微观粒子运动的量子化特征。

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氢原子光谱qingyuanzi guangpu

氢原子所产生的线状光谱。全部谱线可以分成若干个有规律的线系，各谱线的波数可表达成数学公式（广义巴尔末公式）

式中Rn=1.09 677 581×10⁷/米(/m)，称为氢原子的里德伯常数。（不同的原子里德伯常数稍有不同）。m取不同值，代表不同的线系。当m=1时为赖曼(Lyman)线系，m=2时为巴尔末(Balmer)线系，m=3时为帕邢(Paschen)线系，m=4、5时分别为布喇开(Brackete)线系和普芳德(Pfand)线系等。同一个m中不同的n值代表该线系中不同的谱线。理论上，各线系可包括无穷多条谱线。n→∞时得各线系的极限波数。巴尔末系的线系极限波数为v∞-R/4。
氢原子是结构最简单的元素，其光谱也最早为人们所观察和研究。在19世纪80年代就巳发现了氢光谱在可见光及紫外区域的一系列谱线，精确地测定了它们的波长。并发现这些谱线可组成一个具有明显阶梯形、一根接着一根，很有规律的谱线系。当时，许多物理学家都致力于寻求光谱的规律，并试图对其作出理论解释。瑞士的一位中学数学教师巴尔末(1825～1898)首先取得了成果。他在1884年6月25日宣布，氢光谱公式为：λ=b·n²/(n^2-4)，式中b=3 645.6×10^-7毫米，当n=3,4,5,6…时，此式分别给出氢光谱中可见光部分的Hα,Hβ,Hγ……各谱线的波长。计算结果与实验值的偏差最大不超过波长的1/40 000。以后就把可用这一公式表达的谱线系称为巴尔末系，这个公式称为巴尔末公式。这个公式打开了光谱奧秘的大门，此后光谱规律被陆续总结出来，1890年里德伯把巴尔末公式用波数v表示为v=R(1/2²-1/ⁿ2)。并发现正是他所得光谱普遍公式的特例。1906年在远紫外区发现赖曼线系，1908年在近红外区发现了帕邢谱系，以后又陆续发现了布喇开线系和普芳德线系等。所有这些线系的波数v都可以用一个普遍公式即广义巴尔末公式表示。氢原子光谱规律的发现，启发人们认识到，光谱是发自原子内部的，与原子结构有关的信息。这些对玻尔理论的产生起了重要作用。