7.6:
发射光谱
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当一个原子吸收能量时，电子 就会被激发并移动到更高的能级。当电子向下弛豫到较低的能量状态 或基态时，多余的能量 会以光子的形式释放出来。吸收和发射的光的波长 取决于高低能级之间的 差异。高能量发射的光是 由电子从较高能级弛豫而来，而低能量发射的光是由电子 从较低能级弛豫而来。发射光谱是对在一系列波长范围内发射的 辐射的测量。对于纯元素物质，发射行为 表现为特定波长的线条 而不是宽光谱。这是氢的发射光谱。可见光区域的光谱线的集合 被称为巴尔默（Balmer）系列。它发生在电子从 高于 n=3 的能级跃迁回 n=2 的能级时。可见光的光谱在 410、434、486 和 656 nm 处以谱线的形式 出现，分别对应于从 n 3、4、5 和 6 到 n=2 的能级跃迁。可以在可见光的范围之外 测量其他光谱线，例如在 紫外区域的莱曼（Lyman）系列和在 红外区域的帕申（Paschen）系列。氢的光谱线的波长 可以用一个数学表达式来预测，其中 R-H 为里德伯常数，n1 是较低能级的主量子数，而 n2 是较高能级的 主量子数。对于巴尔默系列，n1=2。由于不同的原子具有不同的能级，光谱发射线因元素而异，因此可以用于识别物质。与发射光谱相反的 是它的吸收光谱。来看一下氢，它的吸收光谱中的谱线 位于发射光谱的相同波长 处，但它们是暗的。这些是当氢原子 暴露在连续的白光光谱中时 被氢原子吸收的光的 波长。
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发射光谱
当固体，液体或冷凝气体充分加热时，它们会以光的形式辐射一些多余的能量。以这种方式产生的光子具有一定范围的能量，从而产生连续光谱，其中存在连续的一系列波长。
与连续光谱相反，光也可能以散布在整个光谱区域中的非常窄的线宽的离散光谱或线光谱出现。使用电流激发低分压的气体或对其加热会产生线谱。荧光灯和霓虹灯以这种方式工作。尽管分子的光谱通常要复杂得多，但每个分子和分子都显示出自己的特征线集。
每条发射线由一个单一波长的光组成，这意味着气体发出的光由一组离散的能量组成。例如，当放电通过含有低压氢气的管时，H 2分子被分解成单独的H原子，并观察到蓝粉红色。使光通过棱镜会产生线谱，表明该光由四个可见波长的光子组成。在19世纪后期，科学家们对原子和分子中离散光谱的起源极为困惑。根据经典电磁理论，仅应观察到连续光谱。在UV和IR区域发现了氢原子的其他离散谱线。约翰尼斯·赖德伯格（Johannes Rydberg）推广了巴尔默的工作，并开发了一个经验公式，该公式可以预测所有氢的发射线，而不仅限于那些可见光范围，其中 n 1 和 n 2 是整数， n 1 ＆lt; n 2
即使在19世纪后期，光谱学也是一门非常精确的科学，因此对氢的波长进行了非常高精度的测量，这意味着也可以非常精确地确定Rydberg常数。像里德伯格公式这样的简单公式可以解释如此精确的测量，这在当时似乎是令人吃惊的，但这是尼尔·玻尔（Neils Bohr）在1913年对发射光谱的最终解释，最终说服科学家放弃了经典物理学，并刺激了现代量子技术的发展。机械师。
本文改编自 Openstax，化学2e，第3.1节：电磁能。