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.

Атомные спектрыΔE = 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.

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.

Атомные спектрыEₙ = −13.6 eV/n²
Спектр водорода. Для водород E_n=−13,6 eV/n². Переходы на n=2 образуют Серия Бальмера, на n=1 — серия Лайман.

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.