Атомные спектры
Атомные спектры состоят из дискретных линий, потому что связанные электроны могут находиться только в разрешённых квантованных энергетических состояниях. При переходе между двумя состояниями поглощённый или испущенный фотон удовлетворяет ΔE=hν=хк/λ.
Эмиссия и поглощение
Спектр излучения возникает, когда возбужденный атом переходит в более низкое состояние и излучает фотон. Спектр поглощения — когда фотон подходящей энергия переводит атом в высшее состояние.
Одна и та же разность уровней может давать яркую эмиссионная линия или тёмную линия поглощения в зависимости от геометрии эксперимента.
Спектр водорода
Для водород E_n=−13,6 eV/n². Переходы на n=2 образуют Серия Бальмера, на n=1 — серия Лайман.
соотношение Ридберга 1/λ=R_H(1/n₁²−1/n₂²) организует длины волн водородоподобные переходы.
Результат
Результат: eV
Длина волны как измерение энергии
Спектральная линия — не просто цветовая метка. Через E=хк/λ её позиция непосредственно даёт разница в энергии.
Линия Hα около 656,3 nm соответствует энергия фотонов примерно 1,89 eV.
Правила выбора
Не каждая пара уровней связана с одинаково вероятным электродипольный переход. Правила выбора задают сильные разрешенные переходы.
Слово запрещено обычно означает сильно подавленную, а не абсолютно невозможную линию.
Интенсивность
Интенсивность линии зависит от население, вероятность перехода, количества частиц и отклик прибора.
Она не является прямой мерой «энергии уровня».
Уширение
Конечный срок службы вызывает естественное расширение, тепловое движение — Доплеровское уширение, столкновения — расширение давления.
Конечное разрешение прибора также расширяет измеренную линию.
Аналитическое применение
Каждый элемент имеет характерный шаблон разрешенных переходов, поэтому атомная спектроскопия позволяет идентифицировать элементы в пламя, плазма и звездная атмосфера.
Надёжная идентификация использует несколько линий, калибровка и сведения о температура и состояние ионизации.
Тонкая структура и калибровка
При высоком резолюция одна линия может разделяться на тонкая структура, сверхтонкий и изотопные компоненты. Эти малые расщепления дают сведения о спин-орбитальное взаимодействие и ядерные свойства.
Идентификация элемента требует калиброванные длины волн и совпадения нескольких линий. Цвет свечения сам по себе слишком груб.
Серии и надёжная идентификация
Самая яркая линия не всегда принадлежит нейтральному атому: в плазма одновременно могут присутствовать разные состояния ионизации, а население зависят от температуры.
Поэтому идентификацию строят по набору калиброванные длины волн и относительной совместимости нескольких линий, а не по одному цвету свечения.
Разобранный пример
Hα
λ=656,3 nm.
Решение
E≈1,89 eV.
Бальмер
Нижний уровень?
Решение
n=2.
Интенсивность
Зависит только от ΔE?
Решение
Нет.