ЧАСТЬ 2. АТОМНАЯ ФИЗИКА

ГЛАВА III. БОРОВСКАЯ ТЕОРИЯ АТОМА

§ 12. Закономерности в атомных спектрах

Излучение невзаимодействующих друг с другом атомов состоит из отдельных спектральных линий. В соответствии с этим спектр испускания атомов называется линейчатым.

Рис. 12.1.

На рис. 12.1 показан спектр испускания паров ртути. Такой же характер имеют и спектры других атомов.

Изучение атомных спектров послужило ключом к позианию строения атомов. Прежде всего было замечено, что линии в спектрах атомов расположены не беспорядочно, а объединяются в группы или, как их называют, серии линий. Отчетливее всего это обнаруживается в спектре простейшего атома — водорода. На рис. 12.2 представлена часть спектра атомарного водорода в видимой и близкой ультрафиолетовой области. Символами обозначены видимые линии, указывает границу серии (см. ниже). Очевидно, что линии располагаются в определенном порядке. Расстояние между линиями закономерно убывает по мере перехода от более длинных волн к более коротким.

Швейцарский физик Бальмер (1885) обнаружил, что длины волн этой серии линий водорода могут быть точно представлены формулой

где — константа, — целое число, принимающее значения 3, 4, 5 и т. д.

Если перейти в (12,1) от длины волны к частоте, получится формула

где — константа, называемая в честь шведского спектроскописта постоянной Ридберга. Она равна

Рис. 12.2.

Формула (12.2) называется формулой Бальмера, а соответствующая серия спектральных линий водородного атома — серией Бальмера. Дальнейшие исследования показали, что в спектре водорода имеется еще несколько серий. В ультрафиолетовой части спектра находится серия Лаймана. Остальные серии лежат в инфракрасной области. Линии этих серий могут быть представлены в виде формул, аналогичных (12.2):

Частоты всех линий спектра водородного атома можно представить одной формулой:

где имеет значение 1 для серии Лаймана, 2— для серии Бальмера и т. д. При заданном число принимает все целочисленные значения, начиная с Выражение (12.4) называют обобщенной формулой Бальмера.

При возрастании частота линии в каждой серии стремится к предельному значению которое называется границей серии (на рис. 12.2 символом отмечена граница серии Бальмера).

Возьмем ряд значений выражения

Частота любой линии спектра водорода может быть представлена в виде разности двух чисел ряда (12.5). Эти числа называют спектральными термами или просто термами. Так, например, частота первой линии серии Бальмера равна второй линии серии Пфунда и т. д.

Изучение спектров других атомов показало, что частоты линий и в этом случае могут быть представлены в виде разностей двух термов:

Однако терм обычно имеет более сложный вид, чем для водородного атома. Кроме того, первый и второй члены формулы (12.6) берутся из различных рядов термов.