阅读材料：氢原子光谱简介

最简单的原子光谱，由埃斯特朗首先从氢放电管中获得，后来W哈根斯和沃格耳等人在拍摄恒星光谱中也发现了氢原子光谱线。到1885年，人们已在可见光和近紫外光谱区发现了氢原子光谱的14条谱线，谱线强度和间隔都沿着短波方向递减。其中可见光区有4条,分别用

表示。其波长的粗略值分

别为、、和。1885年，瑞士物理学家巴耳末首先把上述光谱用经验公式：

表示出来，式中B为一常数。这组谱线

称为巴耳末线系。当n→∞时，λ→B，为这个线系的极限，这时邻近二谱线的波长之差趋于零。下图是巴耳末线系的示意图。

10年里德伯把巴耳

末公式简化为

式中

-1

,称为里德伯常数，其值

为±×10%m。后来又相继发现了氢原子的其他谱线系，都可以用类似的公式表示。把波长的倒数称波数，单位是m，则氢原子光谱的各谱线系的波数都可用一个普遍公式表示：

对于一个已知线系，m为一定值,而n为比m大的

一系列整数。此式称为广义巴耳末公式。氢原子光谱现已命名的

1

-1

6个线系如下：

赖曼系 m＝1，n＝2，3，4， 紫外区 巴耳末系 m＝2，n＝3，4，5， 可见光区 帕邢系 m＝3，n＝4，5，6， 红外区 布喇开系 m＝4，n＝5，6，7， 近红外区 芬德系 m＝5，n＝6，7，8， 远红外区 汉弗莱系 m＝6，n＝7，8，9， 远红外区 在广义巴耳末公式中，若令

，为光谱项，则该式可写成

氢原子任一光谱线的波数可表示为两光谱项之差的

规律称为并合原则，或称里兹组合原则。

对于核外只有一个电子的类氢离子如He，Li等广义巴耳末公式仍适用，只是核的电量和质量与氢原子核不同，要对里德伯常数R作相应的变动。

当用分辨本领很高的分光仪器去观察氢原子的各条光谱线时，发现它们又由若干相近的谱线组成，这称为氢原子光谱线的精细结构。它的主要原因是①相对论效应所引起的附加能量ΔEr；②电子自旋和轨道相互作用所引起的附加能量ΔEιε。同时考虑以上两个因素后，算得氢原子的能级公式为

式中h为普朗克常数；с为真空中的光速；R为

里德伯常数；n为主量子数；为总角动量量子数；α称为精细结构常数，其值很小，因此第二项远小于第一项。如果忽略第二项，

2

2

上式就是玻尔氢原子理论的氢原子能级公式；若保留第二项,则每一主量子数为n的能级都按不同的总角动量量子数l，表现出了它的精细结构。但这个公式中不含轨道角动量量子数l，而

，这说明按量子力学理论氢原子两个不同l而n、j相

同的能级具有相同的能量，对l是简并的。精细结构还与原子序数有关，氢能级的精细结构比其他原子（如钠）的小。早期用高分辨光谱仪器曾观察到氢的Hα线的部分精细结构，分析后发现与量子力学理论有细小不符之处。

½比2P½高出0.033cm，现在称之为兰姆移位，它很快

2

-1

由量子电动力学得到了解释。

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