Mini-kurzus
Atomi spektrumok
Az atomi spektrumok vonalas szerkezete annak közvetlen bizonyítéka, hogy az elektronok energiája kvantált. Egy atom csak olyan fotonenergiákat bocsát ki vagy nyel el, amelyek megfelelnek két megengedett energiaszint különbségének.
Emissziós spektrum
Gerjesztett atom alacsonyabb energiaszintre kerülve fotont bocsáthat ki. A foton energiája ΔE=hν, ezért meghatározott frekvenciákon fényes vonalak jelennek meg. Minden elem jellegzetes vonalkészlettel rendelkezik.
Abszorpciós spektrum
Ha folytonos fény halad ritka atomgázon, az atomok bizonyos fotonenergiákat elnyelhetnek. Ezek a hullámhosszak sötét vonalakként jelennek meg. Ugyanazok az energiaszint-különbségek határozzák meg őket, mint az emissziós vonalakat.
Hidrogén sorozatai
Hidrogénnél a vonalak egyszerű sorozatokba rendezhetők. A Balmer-sorozat látható vonalai n>2 állapotokból n=2-re történő átmenetek. A Rydberg-formula történetileg már a kvantummechanika előtt pontosan leírta a hullámhosszakat.
Miért egyedi az ujjlenyomat?
Az energiaszinteket a magtöltés, elektron-elektron kölcsönhatás és konfiguráció határozza meg. Két különböző elem ezért eltérő átmeneti energiákkal rendelkezik. Spektroszkópiával távoli csillagok kémiai összetétele is vizsgálható.
Vonalintenzitás
Az intenzitás nem csak az elem mennyiségétől függ. Számít, hány atom van a kiinduló állapotban, milyen az átmenet valószínűsége, milyen a hőmérséklet és a közeg optikai vastagsága. Kvantitatív elemzéshez ezért kalibráció és fizikai modell szükséges.
Vonalak szélesedése
Termikus Doppler-mozgás, ütközési nyomásszélesedés, természetes élettartam és műszerfelbontás mind növelheti a vonal szélességét. A vonal alakja ezért további információt adhat a közeg hőmérsékletéről és sűrűségéről.
Zeeman- és Stark-hatás
Külső mágneses vagy elektromos tér felhasíthatja az energiaszinteket, ezért egy spektrális vonal több komponensre válhat. Ez lehetővé teszi például csillagok mágneses terének spektroszkópiai becslését.
Mennyiségi elemzés
Ismert körülmények között a spektrális vonal intenzitása felhasználható koncentrációbecslésre, de ehhez kalibrációs görbe, háttérkorrekció és gyakran belső standard szükséges. Önabszorpció vagy túl nagy optikai vastagság esetén az intenzitás már nem arányos egyszerűen az atomok számával.
Próbáld ki
Egy atom 2,5 eV energiakülönbségű két szint között bocsát ki fotont. Mi határozza meg a foton frekvenciáját?
Megoldás
hν=ΔE, tehát ν=ΔE/h. A frekvenciát közvetlenül a két kvantált energiaszint közötti különbség határozza meg.