Серийная структура линий атомных спектров

Если к атому в невозбужденном (нормальном) состоянии с минимальной энергией Е₁ подвести энергию (например, в результате столкновения с быстролетящими электронами, энергия которых достаточна для возбуждения), то атом возбуждается, т. е. переходит на более высокий энергетический уровень: Е_{2 ,} Е₃ и т.д. Через короткое время (~10^–8 с) атом самопроизвольно возвращается в нормальное или какое-то более низкое возбужденное состояние. Освобождающаяся при этом энергия ∆Е излучается в виде светового кванта ∆Е = hν. Каждому переходу соответствует монохроматическая спектральная линия, которая характеризуется частотой ν

(2.2)

или волновым числом

(2.3)

где E₂ и E₁ – энергия атома в возбужденном и нормальном состояниях.

Совокупность спектральных линий, принадлежащих данной частице, составляет ее спектр.

Подставив уравнение (2.1) в соотношения (2.2) и (2.3), получим:

(2.4)

(2.5)

где n ₁ и n ₂ – главное квантовое число электрона в основном и возбужденном состояниях атома; R – константа Ридберга, объединяющая фундаментальные физические постоянные (R = 1,09678^.10⁵ см^–1).

Волновое число спектральной линии в соответствии с уравнением (2.5) может быть представлено разностью двух величин:

(2.6)

которые называются спектральными термами Т:

Следовательно, = (2.7)

С учетом заряда ядра Z формула (2.6) принимает вид:

(2.8)

Группа линий с одинаковыми значениями n ₁ составляет серию. При n ₁ = 1, а n ₂ > 2 получим серию Лаймана (для атома водорода далекая УФ-область), при n ₁ = 2, а n ₂ > 3 – серию Бальмера (видимая область); при n ₁ = 3 и n ₂ > 4 – серию Пашена (ИК-область)и т.д. Такими сериальными формулами полностью описывается спектр атомарного водорода, а при учете заряда ядра (2.8) также спектры водородоподобных ионов (Не⁺, Li²⁺, Ве³⁺ и др.), отличающихся от атома водорода только зарядом ядра.

Спектр каждого элемента подобен спектру однократно ионизированного атома элемента, следующего за ним. Эта закономерность распространяется и на многократно ионизированные атомы. Так, сходство атомных спектров можно наблюдать в рядах: Na, Mg⁺, Al²⁺, Si³⁺, … или Al, Si⁺, P²⁺, S³⁺, ….

Сходные закономерности в спектрах характерны и для других элементов, следующих друг за другом в Периодической системе.

Дата добавления: 2015-07-08