吃业大学化学与生命科学学院 School of Chemistry and Life Science SWGC CCUT.EDU. CN llIllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllIllllllIllll 第八章原子发射光谱法 任课教师:孙国英副教授 授课班级:090704100704
任课教师：孙国英 副教授 授课班级：090704 100704 第八章 原子发射光谱法
原子理论的形成与发展 (1)经典物理学的困难 十九世纪末,物理学的理论在当时看来已经发展到 相当完善的阶段。一般的物理现象都可以从相应的理论 中得到说明:在物体的机械运动速度比光速小得多时 遵循牛顿力学规律;电磁学规律一麦克斯韦方程组 光学的波动理论归结为麦克斯韦方程组;热力学理论有 以玻耳兹曼、吉布斯等人建立的统计物理学理论。当时 多数人的观点:物理现象的基本规律已完全被揭露,只 剩下把已有的规律应用到具体问题上去的工作了。 当时发现的一些新的物理现象,例如,黑体辐射 光电效应,原子光谱线系,固体在低温下的比热等 等,都是当时经典物理学理论无法解释的。这些现象揭 示了经典物理学的局限性,突出了经典物理学与微观世 界规律性的矛盾。二十世纪初,量子力学和相对论的建 立是人类认识客观世界的两次大革命
一 原子理论的形成与发展 （1） 经典物理学的困难 十九世纪末，物理学的理论在当时看来已经发展到 相当完善的阶段。一般的物理现象都可以从相应的理论 中得到说明：在物体的机械运动速度比光速小得多时— —遵循牛顿力学规律；电磁学规律——麦克斯韦方程组； 光学的波动理论归结为麦克斯韦方程组；热力学理论有 以玻耳兹曼、吉布斯等人建立的统计物理学理论。当时 多数人的观点：物理现象的基本规律已完全被揭露，只 剩下把已有的规律应用到具体问题上去的工作了。 当时发现的一些新的物理现象，例如，黑体辐射， 光电效应，原子光谱线系，固体在低温下的比热……等 等，都是当时经典物理学理论无法解释的。这些现象揭 示了经典物理学的局限性，突出了经典物理学与微观世 界规律性的矛盾。二十世纪初，量子力学和相对论的建 立是人类认识客观世界的两次大革命
(2)黑体辐射和普朗克能量量子假说 任何温度下全部吸收任何波长的辐射的物体称为绝对黑体一简 称黑体。 普朗克假设:黑体是由能量不能连续变化,带电的线性谐振子组 成,能量的分立值是ε的整数倍 hv
(2)黑体辐射和普朗克能量量子假说 任何温度下全部吸收任何波长的辐射的物体称为绝对黑体－简 称黑体。 普朗克假设: 黑体是由能量不能连续变化，带电的线性谐振子组 成，能量的分立值是εν的整数倍, , = h
普朗克量子论的奠基人。 普朗克德国物理学家 1858年4月~1947年10月。18年柏 林大学任命他为基尔霍夫的继任人和理 论物理学研究所主任。1900年,他在黑 体辐射研究中引入能量量子,因此于 1918年获诺贝尔物理学奖。1918年选为 英国皇家学会会员,1930~1937年担任 威廉皇家科学促进协会会长。 早年的研究领域主要是热力学,后来 转移到黑体辐射理论方面。1900年10 月,他找到了一个适用于电磁波谱所有 波段的黑体辐射的经验公式。在公式推 导中,他提出一个革命性的假定,认为 能量只能取某一基本量加(即能量量子) 的整数倍,h为作用量子,即普朗克 常量
普朗克 量子论的奠基人。 1858年4月～1947年10月。1888年柏 林大学任命他为基尔霍夫的继任人和理 论物理学研究所主任。1900年，他在黑 体辐射研究中引入能量量子，因此于 1918年获诺贝尔物理学奖。1918年选为 英国皇家学会会员，1930～1937年担任 威廉皇家科学促进协会会长。 早年的研究领域主要是热力学，后来， 转移到黑体辐射理论方面。1900 年10 月，他找到了一个适用于电磁波谱所有 波段的黑体辐射的经验公式。在公式推 导中，他提出一个革命性的假定，认为 能量只能取某一基本量hv（即能量量子） 的整数倍 ，h 为作用量子 ，即普朗克 常量。 普朗克 德国物理学家
(3)汤姆逊原子模型 llIlllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllIllllllIllll ( Joseph John Thomson)英国物理学家,接替瑞利任剑 桥大学卡文迪许实验室主任。研究了阴极射线在电场中的 偏转,证实了阴极射线是带电负粒子束,测量了这种粒子 的荷质比,其质量是氢原子的1/1837,起名为 electron。 由此证明原子是由电子和带正电的部分组成。汤姆逊最早 提出了汤姆逊原子模型:原子带正电的部分是一个原子那 么大小的,具有弹性的冻胶状的球,正电荷均匀分布,带 负电的电子镶嵌在球内或球表面上,电子只能在平衡位置 作简谐振动(葡萄干蛋糕模型)。所观察到原子发生的 光谱的各种频率就是这些电子的振动频率。汤姆逊1906年 因对电子的研究获诺贝尔奖,他的7个助手和学生也获得 过此殊荣
(3) 汤姆逊原子模型 (Joseph John Thomson）英国物理学家，接替瑞利任剑 桥大学卡文迪许实验室主任。研究了阴极射线在电场中的 偏转，证实了阴极射线是带电负粒子束，测量了这种粒子 的荷质比，其质量是氢原子的1/1837，起名为electron。 由此证明原子是由电子和带正电的部分组成。汤姆逊最早 提出了汤姆逊原子模型：原子带正电的部分是一个原子那 么大小的，具有弹性的冻胶状的球，正电荷均匀分布，带 负电的电子镶嵌在球内或球表面上，电子只能在平衡位置 作简谐振动（葡萄干蛋糕模型） 。所观察到原子发生的 光谱的各种频率就是这些电子的振动频率。汤姆逊1906年 因对电子的研究获诺贝尔奖，他的7个助手和学生也获得 过此殊荣
Joseph John Thomson 1856-1940,英国物理学家, 电子的发现者,1906年获诺 贝尔物理学奖。 George Paget Thomson 1892-1975,因通过实验发现 受电子照射的晶体中的干涉 现象,1937年获得物理奖。 是诺贝尔奖历史上6次“子承 父业”奇迹之一
Joseph John Thomson 1856-1940，英国物理学家， 电子的发现者，1906年获诺 贝尔物理学奖。 George Paget Thomson， 1892-1975，因通过实验发现 受电子照射的晶体中的干涉 现象，1937年获得物理奖。 是诺贝尔奖历史上6次“子承 父业”奇迹之一
(4)卢瑟福核式模型 ( Ernest ruther ford),新西兰农夫之子,1895 年卢瑟福以第二名考入剑桥读书。 a粒子散射实验,a粒子是放射性物体中发狲 出来的快粒子(后来被证明是氦原子核,因放射 性研究获诺贝尔奖。)
(4) 卢瑟福核式模型 （Ernest Rutherford）,新西兰农夫之子，1895 年卢瑟福以第二名考入剑桥读书。 α粒子散射实验，α粒子是放射性物体中发射 出来的快粒子（后来被证明是氦原子核，因放射 性研究获诺贝尔奖。）
观测a粒子散射的仪器状置示意图 R a粒子在原子的汤姆逊模型中的散射 a粒于在原子的核式棋型中的散射 2Ze-r 4 R F=22e2/4兀8or2)
F = 2Ze2 /(4πε0 r 2 ) 3 0 2 4 2 R F Ze r =
即粒子进入球体后,离球心越近,受力越小。 α粒子的初速度可知的,按汤姆迹模型不可能产 生大角度散射。 ·实验证明,α粒子偏转>90占1/800,是汤姆逊模 型无法解释的。1911年提出卢瑟福模型:原子 中带正电部分很小,电子在带正电部分的外边, 因此,u粒子进入原子区受力2Ze2(4mc0r2),可 产生大角度的散射。 1908年卢瑟福获诺贝尔化学奖。卢氏的学生和 助手11人获诺贝尔奖。卢瑟福埋葬在威斯敏特 斯特教堂,永远伴随牛顿和开尔文
• 即α粒子进入球体后，离球心越近，受力越小。 α粒子的初速度可知的，按汤姆逊模型不可能产 生大角度散射。 • 实验证明，α粒子偏转>90占1/8000,是汤姆逊模 型无法解释的。1911年提出卢瑟福模型：原子 中带正电部分很小，电子在带正电部分的外边， 因此,α粒子进入原子区受力 2Ze2 /(4πε0 r 2 ) ，可 产生大角度的散射。 • 1908年卢瑟福获诺贝尔化学奖。卢氏的学生和 助手11人获诺贝尔奖。卢瑟福埋葬在威斯敏特 斯特教堂，永远伴随牛顿和开尔文
(5)玻尔氢原子理论 原子的核式模型建立时,只是肯定了原子核的存在,但对原子核外电子 的情况一无所知。 ·玻尔从核式模型(核10-15m量级,原子半径1010m量级,自然想到带负 电的电子绕核运动)。 原有的经典理论: 1电子在原子内部振荡,就必然发射电磁波(麦克斯韦方程组能量逐渐减 少,最终电子落到核上。原子半径只能是1015m,事实上原子一般半径为 1010m,与事实不符。 2电子轨道连续缩小,轨道运动的频率连续增大,原子光谱应该是连续光 谱,显然与事实也不符。 玻尔认为电子的轨道是分隔的,半径有一定数值大小,不能连续变化。玻 尔提出,电子轨道rmv=nh,电子在轨道上运动一周的位移2rr乘动量 (mv)应等于普朗克常数的整数倍
( 5 ) 玻尔氢原子理论 原子的核式模型建立时，只是肯定了原子核的存在，但对原子核外电子 的情况一无所知。 • 玻尔从核式模型（核10-15 m量级，原子半径10-10 m 量级，自然想到带负 电的电子绕核运动）。 • 原有的经典理论： • 1.电子在原子内部振荡，就必然发射电磁波（麦克斯韦方程组),能量逐渐减 少，最终电子落到核上。原子半径只能是10-15 m，事实上原子一般半径为 10-10 m, 与事实不符。 • 2.电子轨道连续缩小，轨道运动的频率连续增大，原子光谱应该是连续光 谱，显然与事实也不符。 • 玻尔认为电子的轨道是分隔的，半径有一定数值大小，不能连续变化。玻 尔提出，电子轨道2πr mv =nh, 电子在轨道上运动一周的位移2πr 乘动量 (mv)应等于普朗克常数的整数倍