氢气燃烧的实验探讨

氢气燃烧的实验探讨

氢气在空气中燃烧火焰为什么会带黄色？用什么方法可以把黄色火焰除去？对此，福建南平市三中叶永庚老师作了一些探讨：

众所周知，正常状态下，原子处于最低能级，这时电子在离核最近的轨道上运动，当受热或光照射，原子从相互碰撞或从入射光子中吸收能量，从低能级跃迁到较高能级，这时电子在离核较远的轨道上运动。原子从低能级向高能级跃迁的过程吸收能量，原子从较高能级向低能级跃迁辐射能量。这种能量以光子的形式辐射出去便产生原子的发光现象。原子无论吸收还是辐射能量都等于原子发生跃迁时两个能级间的能量差。

设氢原子从能级n跃迁到能级K（n＞K）时，辐射出的光子的频率为v，根据氢原子的能级公式：

显然，原子跃迁时的能级差越大，发射出的光子的频率就越高，而光的颜色是由光的频率决定的，不同的色光具有不同的频率。根据光波动学说，光的频率和光的波长的乘积等于光的传播速度，所以，如果用v表示光的频率，λ表示光在真空中的波长，用c表示光在真空中的速度，则vλ＝c。各色光在真空中的传播速度相同，因此，光的频率与波长成反比，即跃迁时的能级差越大，发射出的光子的频率越高，光的波长就越短。有色光的波长如下表（表中单位为埃）：

氢气在空气中燃烧时，火焰的各个部分温度不同，氢原子具有的能量也就不同，当这些能量不同的原子回到低能级时，发射出的光的能量也就不同，因此，氢气燃烧时会产生不同颜色的火焰。

氢原子光谱在可见光部分有H_α、H_β、H_γ、H_δ四条谱线，它们的波长分别是：H_α∶6562·　H_β∶4860·　H_γ∶4340·　H_δ∶4101·

这四条谱线中，只有Hβ谱线是蓝光，要使氢气燃烧的火焰呈蓝色，就必须尽可能减少氢原子在燃烧时发生Hα、Hγ、Hδ谱线的跃迁，而使氢原子能量跃迁到产生蓝光（Hβ谱线）的能级轨道上，是否可以通过控制火焰的温度达到这个目的？

为此，我们设计了由氢发生器、洗涤、干燥、燃烧器组成的实验装置。燃烧器由底部开口的试管、截流器、空气调节器组成。燃烧器中试管用于把火焰与外界空气隔开，达到减少热辐射并把氮气、惰性气体及部分水蒸气排出试管外的目的；空气调节器用于控制进入试管内空气的流量，防止过量冷空气把反应生成的热量带走，造成火焰温度降低；截流器的作用是降低从导管口溢出的氢气的流速，保证导管口附近有一定浓度的氢气。（燃烧器如图所示）