परमाणवीय स्पेक्ट्रा

परमाणवीय उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रा में अलग-अलग रेखाएँ इसलिए दिखाई देती हैं क्योंकि बंधे हुए परमाणु के इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा अवस्थाओं की मात्रा निर्धारित की गई होते हैं। इलेक्ट्रॉन संक्रमण के दौरान फोटॉन की ऊर्जा ठीक ऊर्जा अंतर से जुड़ती है: ΔE=hν=एच.सी/λ। इसलिए स्पेक्ट्रम किसी तत्व की इलेक्ट्रॉनिक संरचना का प्रत्यक्ष प्रायोगिक हस्ताक्षर बन सकता है।

रेखाएँ पृथक क्यों होती हैं

यदि इलेक्ट्रॉन किसी प्रारंभिक अवस्था E_i से अंतिम अवस्था E_f में जाए, तो |E_i−E_f| फोटॉन ऊर्जा से मेल खाती है। अनुमत ऊर्जाएँ अलग-अलग होती हैं होने से फोटॉन आवृत्तियाँ भी पृथक होती हैं और लाइन स्पेक्ट्रम मिलता है।

यह शास्त्रीय सतत-कक्षा चित्र से अलग है, जिसमें किसी भी ऊर्जा पर विकिरण की अपेक्षा हो सकती थी। क्वांटम स्तर वर्णक्रमीय विसंगति को स्वाभाविक रूप से समझाते हैं।

उत्सर्जन और अवशोषण

उत्तेजित परमाणु निचली अवस्था में आते समय फोटॉन उत्सर्जित कर सकता है। उलटे, घटना फोटॉन की ऊर्जा अनुमत स्तर अंतर के बराबर हो तो परमाणु उसे अवशोषित करके उच्चतर अवस्था में जा सकता है।

एक ही तत्व के उत्सर्जन और अवशोषण रेखा स्थितियाँ संबंधित होते हैं, लेकिन रेखा तीव्रता स्तर जनसंख्या और संक्रमण की संभावनाएँ पर निर्भर करती हैं।

हाइड्रोजन स्पेक्ट्रम

हाइड्रोजन जैसा परमाणु में E_n∝−1/n² होने से रेखा तरंग दैर्ध्य रिडबर्ग संबंध से व्यवस्थित करें की जा सकती हैं। बामर श्रृंखला दृश्यमान परिवर्तन को n=2 अंतिम स्तर से जोड़ती है; लाइमन श्रृंखला पराबैंगनी में n=1 पर समाप्त होती है।

Hα लाइन n=3→2 के लिए लगभग 656 nm है। यह संख्यात्मक समझौता परिमाणित-ऊर्जा मॉडल का क्लासिक परीक्षण है।

चयन नियम और तीव्रता

हर गणितीय रूप से संभव ΔE संक्रमण समान रूप से संभावित नहीं होता। विद्युत-द्विध्रुव चयन नियम कक्षीय कोणीय गति और चुंबकीय क्वांटम संख्या पर बाधाएँ लगाते हैं।

वर्जित कहलाने वाले परिवर्तन बिल्कुल असंभव नहीं होते; वे कमजोर उच्च-क्रम तंत्र से हो सकते हैं और लंबे समय तक जीवित रहने वाले राज्य पैदा कर सकते हैं।

लाइन चौड़ीकरण

वास्तविक वर्णक्रमीय रेखाएँ असीम रूप से पतली होती हैं नहीं होतीं। परिमित उत्तेजित-अवस्था जीवनकाल प्राकृतिक चौड़ाई देती है; परमाणु तापीय गति डॉपलर चौड़ीकरण और टकराव का दबाव बढ़ रहा है दे सकते हैं।

साधन संकल्प भी मापी गई चौड़ाई में जुड़ती है। इसलिए पंक्ति की स्थिति, लाइन की चौड़ाई और तीव्रता तीन अलग प्रकार की जानकारी देते हैं।

तत्व की पहचान और प्लाज्मा निदान

हर तत्व का संक्रमणों का विशिष्ट सेट होता है, इसलिए स्पेक्ट्रा तारकीय वातावरण, आग की लपटें और प्लाज़मा में रचना पहचानने के लिए उपयोगी हैं।

रेखा अनुपात तापमान और घनत्व की जानकारी भी दे सकते हैं, लेकिन स्थानीय थर्मोडायनामिक संतुलन न हो तो सरल बोल्ट्ज़मैन व्याख्या विफल रही कर सकती है।

अभ्यास

हाइड्रोजन Hα

ΔE≈1.89 eV

हल: λ≈656 nm

फोटॉन पर 500 nm

E=एच.सी/λ

हल: ≈2.48 eV

अवशोषण रेखा

कब बनेगी?

हल: जब आपतित फोटॉन ऊर्जा ने ऊपर की ओर संक्रमण की अनुमति दी से मिलान करे