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道耳吞-原子說

波耳氫原子模型第二假設

本章節說明電子躍遷與氫原子光譜的關係,根據能階差決定光的能量、頻率與波長,並介紹來曼系、巴耳末系與帕申系譜線。

一、電子躍遷

  1. 基態與激發態:
    1. 基態 (ground state):最低能階 n = 1
      氫原子的電子位於 n = 1 軌道時,離原子核最近,能量最低,為最穩定的狀態。

    2. 激發態 (excited state):較高能階 n > 1
      氫原子的電子吸收特定能量後,可躍遷至 n > 1 軌道,離原子核較遠,能量較高,較不穩定。
  2. 電子躍遷與電磁波:
    1. 電子由高能階 EH 躍遷至低能階 EL 時,會以光的形式釋出能量(EH 為高能階能量,EL 為低能階能量)。
    2. 光子的頻率 (ν) 與波長 (λ) 由兩能階間的能量差 ΔE 決定。
  3. 躍遷公式:
    1. 光子能量
      ΔE = EH - EL = k(1/nL² - 1/nH²)
      = 2.179×10−18(1/nL² - 1/nH²) (J)

    2. 光子頻率
      ν = ΔE / h = (2.179×10−18 / 6.626×10−34)(1/nL² - 1/nH²)
      ≈ 3.289×1015(1/nL² - 1/nH²) s−1

    3. 光子波長
      1/λ = ν / c ≈ 1.097×107(1/nL² - 1/nH²) m−1
      ⇒ λ = 1 / [91.2(1/nL² - 1/nH²)] (nm)
結論:
ΔE(能階的能量差,光子能量) ∝ ν ∝ 1/λ ∝ (1/nL² − 1/nH²) 【重要!】

二、氫原子光譜探討

1️⃣ 頻率或能量:
紫外光區(來曼系) > 可見光區(巴耳末系) > 紅外光區(帕申系)
波長:紫外光區(來曼系) < 可見光區(巴耳末系) < 紅外光區(帕申系)

2️⃣ 每一系列譜線的頻率差,會隨著頻率變高(即波長變短)而變小,間距也因此變小,最後會密集於一處。

各譜線系列比較表:

系列 光區 電子躍遷 第一條譜線
(頻率最低,波長最長)
最末條譜線
(頻率最高,波長最短)
來曼系 紫外光區 nH > 1 → nL = 1 nH = 2 → nL = 1 nH = ∞ → nL = 1
巴耳末系 紫外光區
可見光區
nH > 2 → nL = 2 nH = 3 → nL = 2 nH = ∞ → nL = 2
帕申系 紅外光區 nH > 3 → nL = 3 nH = 4 → nL = 3 nH = ∞ → nL = 3

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