原子结构与光谱
原子光谱(atomic spectrum)
让阳光穿过棱镜,你会得到一道平滑的彩虹,每种颜色都顺滑地过渡到下一种。但若加热某种特定的气体——比如霓虹灯里的氖——再让它发出的光穿过棱镜,你看到的不是连续的彩虹,而只有几条尖锐、孤立的亮线,像一串颜色的条形码。那串条形码就是原子光谱,每种元素都有自己独一无二的一份。
原子光谱是某种元素的原子所发射或吸收的、一组特定波长(颜色)的光。由于原子中的电子只能持有某些固定的能量,它就只能在这些被允许的能级之间跳跃——而每一次跳跃都释放或吸收一个能量恰好确定的光子,因而对应一种恰好确定的颜色。结果便是一组离散的谱线,而非连续的色带。
这正是原子光谱如此强大的原因:谱线的图案是一枚指纹,仅凭一道光就能辨认出元素,哪怕它来自遥远的恒星。需要注意的是,真实光谱比几条干净的线丰富得多——谱线可能被展宽、被磁场分裂、或因运动而移动——但其核心思想,即量子化的能级产生离散的谱线,依然牢固。
氢的可见光谱只显示四条亮线——红、蓝绿、蓝、紫——称为巴耳末系。每一条都来自电子从较高能级跌落到第二能级,而它们精确的间距,正是最早揭示原子拥有量子化能级的线索。
一串光的条形码——每种元素的光谱都是它独有的指纹。
发射光谱是在暗背景上的亮线(放出的光);吸收光谱是在亮背景上的暗线(被吸走的光)。对同一种元素,它们出现在相同的波长处。
又称
另见