Atomi spektrumok

Miért jelennek meg diszkrét vonalak?

Az atom kötött elektronállapotainak energiája kvantált. Foton csak akkor nyelődik el vagy bocsátódik ki, ha hν energiája két megengedett állapot energiakülönbségével egyezik. Ezért a ritka atomgáz vonalas, nem folytonos spektrumot ad.

Emisszió és abszorpció

Emissziókor a gerjesztett atom alacsonyabb energiájú állapotba kerül és fotont bocsát ki. Abszorpciókor a beeső foton csak akkor emelheti magasabb állapotba, ha energiája illeszkedik egy megengedett átmenethez. Ugyanazon atom emissziós és abszorpciós vonalainak helye ugyanazokból az energiakülönbségekből ered.

Hidrogén és a Rydberg-képlet

Hidrogénre 1/λ = R_H(1/n₁² − 1/n₂²), ahol n₂ > n₁. A Lyman-sorozat n₁=1-re, a Balmer n₁=2-re, a Paschen n₁=3-ra végződik. A 3→2 Hα-vonal kb. 656 nm, a 4→2 Hβ-vonal kb. 486 nm.

A hullámhossztól az azonosításig

Többelektronos atomokban az elektron–elektron kölcsönhatás és a belső csatolások sokkal összetettebb szinteket hoznak létre. Nem minden energiakülönbség ad erős vonalat: az átmeneti valószínűség és a kezdeti állapot népessége is számít.

Vonalak kiszélesedése valós mérésekben

A hőmozgás Doppler-szélesedést, az ütközések nyomási szélesedést, a véges élettartam természetes szélesedést okoz. A műszer saját felbontási függvénye is hozzájárul; a szélességből hőmérsékletre és sűrűségre is lehet következtetni.

A sorozathatár ionizációs energiát jelez

Ahogy n₂ nő, a hidrogénsorozat vonalai egyre sűrűbbek. A sorozathatárnál a felső állapot eléri a kontinuumot, vagyis az atom ionizálódik. Az alapállapotból induló Lyman-határ 13,6 eV-nak felel meg.

Hidrogénátmenet kalkulátor

Az n₁ és n₂ értékekből a Rydberg-modell ad hullámhosszt. Ez kifejezetten a hidrogén egyelektronos modellje, nem általános képlet többelektronos atomokra.

A spektrum mint adatsor

A spektrum nem csupán elemazonosító vonalkód. A vonal helye, intenzitása, szélessége, közös eltolódása és finom felhasadása különböző fizikai információt hordoz.

Spektrométer, kalibráció és felbontás

A spektrométer rács, prizma vagy interferometrikus módszer segítségével választja szét a hullámhosszakat. Ismert vonalakkal kalibráljuk a detektor helyét λ-ra, a felbontóképesség pedig eldönti, hogy két közeli jelenség külön látszik-e.

Atomi és molekuláris spektrum

Az atomok elektronátmeneteket mutatnak, a molekulák ehhez rezgési és forgási szabadságfokokat is adnak. Emiatt egy elektronátmenet sok komponensre bontható és sávokat alkothat.

Lángpróbák és laboratóriumi azonosítás

Egy só hevítésekor atomok vagy ionok gerjesztődhetnek és jellegzetes fényt bocsáthatnak ki. A nátrium sárga emissziója különösen erős, de a spektrométer megbízhatóbb a szemnél, mert elkülöníti az átfedő kibocsátókat.

Megoldott feladatok

A következő példák külön kezelik a vonal helyét, intenzitását és szélességét.