Atominiai spektrai

Kodėl spektruose matomos atskiros linijos

Susietos atomo elektronų būsenos turi kvantuotas energijas. Fotonas sugeriamas arba išspinduliuojamas tik tada, kai jo hν energija sutampa su dviejų leidžiamų būsenų energijų skirtumu. Todėl išretintos atominės dujos duoda linijinį, o ne tolydų spektrą.

Emisija ir sugertis

Emisijos metu sužadintas atomas pereina į mažesnės energijos būseną ir išspinduliuoja fotoną. Sugerties metu fotonas gali pakelti atomą tik tada, kai jo energija atitinka leidžiamą perėjimą. To paties elemento emisijos ir sugerties linijų padėtys kyla iš tų pačių energijos skirtumų.

Vandenilis ir Rydbergo formulė

Vandenilio linijoms tinka 1/λ = R_H(1/n₁² − 1/n₂²), kai n₂ > n₁. Lymano serija baigiasi n₁=1, Balmerio n₁=2, Pascheno n₁=3. Hα perėjimas 3→2 yra apie 656 nm, o Hβ 4→2 – apie 486 nm.

Nuo bangos ilgio iki atpažinimo

Daugelektroniuose atomuose elektronų tarpusavio stūma ir vidinės sąveikos suskaido energijos lygius į sudėtingesnę struktūrą. Ne kiekvienas energijos skirtumas duoda stiprią liniją: svarbios perėjimo tikimybės ir pradinių būsenų populiacijos.

Linijų išplitimas tikruose matavimuose

Šiluminis judėjimas sukelia Doplerio išplitimą, susidūrimai – slėginį išplitimą, o baigtinė sužadintos būsenos gyvavimo trukmė – natūralų. Prietaisas taip pat turi savo skiriamąją gebą; linijos plotis gali atskleisti temperatūrą ir tankį.

Serijos riba atskleidžia jonizaciją

Didėjant n₂, vienos vandenilio serijos linijos artėja. Serijos riboje viršutinė būsena pasiekia kontinuumą, taigi atomas jonizuojamas. Lymano serijos riba iš pagrindinės būsenos atitinka 13,6 eV.

Vandenilio perėjimo skaičiuoklė

Pasirinkite n₁ ir n₂. Skaičiavimas naudoja Rydbergo modelį vandeniliui; jis nėra universali daugelektronių atomų formulė.

Spektras kaip duomenys

Spektras yra daugiau nei elemento „brūkšninis kodas“. Linijos padėtis, intensyvumas, plotis, bendras poslinkis ir smulkus skilimas perduoda skirtingą fizikinę informaciją.

Spektrometrai, kalibravimas ir skiriamoji geba

Spektrometras išskaido bangos ilgius gardele, prizme ar interferometriniu metodu. Kalibravimas žinomomis linijomis susieja detektoriaus padėtį su λ, o skiriamoji geba lemia, ar dvi artimos linijos matomos atskirai.

Atominiai ir molekuliniai spektrai

Atomai turi elektroninius perėjimus, o molekulės dar turi vibracinius ir rotacinius laisvės laipsnius. Todėl vienas elektroninis perėjimas gali virsti daugybe komponentų ir juostų.

Liepsnos bandymai ir identifikavimas

Kaitinant druską atomai ar jonai gali būti sužadinti ir skleisti būdingą šviesą. Natrio geltona emisija itin stipri, tačiau spektrometras patikimesnis už akį, nes atskiria persidengiančius spinduliuotojus.

Išspręsti uždaviniai

Šie pavyzdžiai atskiria linijos padėtį, intensyvumą ir plotį.