一、電子躍遷
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基態與激發態:
- 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。
- 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。
- 基態 (ground state):最低能階 n = 1
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電子躍遷與電磁波:
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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)。
- 光子的頻率 (ν) 與波長 (λ) 由兩能階間的能量差 ΔE 決定。
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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)。
- 躍遷公式:
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光子能量
ΔE = EH - EL = k(1/nL² - 1/nH²)
= 2.179×10−18(1/nL² - 1/nH²) (J)
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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
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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)
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光子能量
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 |