Spectre atomice

De ce apar linii discrete

Un atom nu poate schimba energia electronică în orice cantitate. Stările legate sunt cuantificate, iar un foton este emis sau absorbit numai când energia sa hν corespunde diferenței dintre două stări. De aceea un gaz atomic rarefiat produce linii, nu un spectru continuu.

Emisie și absorbție

În emisie, un atom excitat coboară spre o stare de energie mai mică și emite un foton. În absorbție, un foton incident poate ridica atomul numai dacă energia sa se potrivește unei tranziții permise. Pentru același atom, pozițiile liniilor de emisie și absorbție provin din aceleași diferențe de energie.

Hidrogenul și formula Rydberg

Pentru hidrogen, lungimile de undă pot fi organizate prin 1/λ = R_H(1/n₁² − 1/n₂²), cu n₂ > n₁. Seria Lyman se termină la n₁=1, Balmer la n₁=2 și Paschen la n₁=3. Linia Hα, 3→2, este aproape de 656 nm, iar Hβ, 4→2, aproape de 486 nm.

De la lungime de undă la identificare

În atomii cu mai mulți electroni, repulsia electron–electron și cuplajele interne despart nivelurile într-o structură mai bogată. Nu orice diferență de energie produce o linie intensă: probabilitățile de tranziție și populația stării inițiale contează.

Lărgirea liniilor în măsurători reale

Mișcarea termică produce lărgire Doppler, coliziunile produc lărgire de presiune, iar durata finită a stării excitate produce lărgire naturală. Instrumentul adaugă propria funcție de rezoluție; lățimea observată poate informa despre temperatură și densitate.

Limita unei serii indică ionizarea

Pe măsură ce n₂ crește, liniile unei serii de hidrogen se apropie una de alta. La limită, starea superioară intră în continuum: atomul este ionizat. Pentru seria Lyman pornită din starea fundamentală, această limită corespunde energiei de 13,6 eV.

Calculator pentru tranziții de hidrogen

Alegeți nivelurile n₁ și n₂. Calculul folosește modelul Rydberg pentru hidrogen; nu este o formulă universală pentru atomii multielectronici.

Cum se citește un spectru ca set de date

Un spectru nu este doar un cod de bare pentru elemente. Poziția, intensitatea, lățimea, deplasarea sistematică și despicarea liniilor au semnificații fizice diferite.

Spectrometre, calibrare și putere de rezoluție

Un spectrometru separă lungimile de undă cu o rețea, o prismă sau un interferometru și înregistrează intensitatea. Calibrarea cu linii cunoscute leagă poziția detectorului de λ, iar rezoluția decide dacă două trăsături apropiate pot fi separate.

Spectre atomice și spectre moleculare

Atomii au în principal tranziții electronice. Moleculele adaugă rotații și vibrații, astfel încât o tranziție electronică poate purta multe componente și poate forma benzi. Într-o flacără pot coexista linii atomice înguste și benzi moleculare.

Teste de flacără și identificare

Încălzirea unei sări poate excita atomi sau ioni care emit lumină caracteristică. Sodiul produce o emisie galbenă foarte intensă, dar spectrometrul este mai sigur decât ochiul deoarece separă emițătorii suprapuși.

Exerciții rezolvate

Aplicațiile de mai jos separă poziția liniei de intensitate și lățime.