Atomu spektri

Kāpēc spektrā parādās atsevišķas līnijas

Saistīto elektronu stāvokļu enerģijas atomā ir kvantētas. Fotons tiek absorbēts vai izstarots tikai tad, ja tā hν enerģija sakrīt ar divu atļautu stāvokļu enerģiju starpību. Tāpēc retināta atomu gāze dod līniju, nevis nepārtrauktu spektru.

Emisija un absorbcija

Emisijā ierosināts atoms pāriet zemākas enerģijas stāvoklī un izstaro fotonu. Absorbcijā ienākošs fotons var ierosināt atomu tikai tad, ja tā enerģija atbilst atļautai pārejai. Viena elementa emisijas un absorbcijas līniju pozīcijas rodas no tām pašām enerģiju starpībām.

Ūdeņradis un Ridberga formula

Ūdeņradim 1/λ = R_H(1/n₁² − 1/n₂²), kur n₂ > n₁. Laimana sērija beidzas pie n₁=1, Balmera pie n₁=2, Pašena pie n₁=3. Hα pāreja 3→2 ir ap 656 nm, Hβ 4→2 – ap 486 nm.

No viļņa garuma līdz identifikācijai

Daudzelektronu atomos elektronu savstarpējā atgrūšanās un iekšējās mijiedarbības sadala līmeņus sarežģītākā struktūrā. Ne katra enerģiju starpība rada stipru līniju: svarīga ir pārejas varbūtība un sākotnējā stāvokļa aizpildījums.

Līniju paplašināšanās reālos mērījumos

Termiskā kustība rada Doplera paplašinājumu, sadursmes – spiediena paplašinājumu, bet ierosinātā stāvokļa galīgs dzīves laiks – dabisko paplašinājumu. Arī instrumenta izšķirtspēja dod ieguldījumu, un līnijas platums var atklāt temperatūru vai blīvumu.

Sērijas robeža rāda jonizāciju

Palielinoties n₂, vienas ūdeņraža sērijas līnijas saplūst arvien ciešāk. Pie sērijas robežas augšējais stāvoklis sasniedz kontinuumu un atoms tiek jonizēts. Laimana robeža no pamatstāvokļa atbilst 13,6 eV.

Ūdeņraža pārejas kalkulators

Izvēlieties n₁ un n₂. Aprēķins izmanto Ridberga modeli ūdeņradim; tā nav universāla formula daudzelektronu atomiem.

Spektrs kā datu kopums

Spektrs nav tikai elementa “svītrkods”. Līnijas pozīcija, intensitāte, platums, kopēja nobīde un smalkā sašķelšanās nes dažādu fizikālu informāciju.

Spektrometri, kalibrācija un izšķirtspēja

Spektrometrs atdala viļņa garumus ar režģi, prizmu vai interferometru. Kalibrācija ar zināmām līnijām piesaista detektora pozīciju λ, bet izšķirtspēja nosaka, vai divas tuvas līnijas var atšķirt.

Atomu un molekulu spektri

Atomiem ir elektroniskas pārejas, bet molekulas pievieno rotācijas un vibrācijas brīvības pakāpes. Tāpēc viena elektroniska pāreja var sadalīties daudzos komponentos un veidot joslas.

Liesmas testi un identifikācija

Karsējot sāli, atomi vai joni var tikt ierosināti un izstarot raksturīgu gaismu. Nātrija dzeltenā emisija ir ļoti intensīva, tomēr spektrometrs ir drošāks par redzi, jo atdala pārklājošos starotājus.

Atrisināti uzdevumi

Piemēri nošķir līnijas pozīciju, intensitāti un platumu.