Атомні спектри
Атомні спектри складаються з дискретних ліній, бо зв’язані електрони можуть перебувати лише в дозволених квантованих енергетичні стани. Під час переходу між двома держави поглинутий або випромінений фотон задовольняє ΔE=hν=hc/λ.
емісія і поглинання
Спектр випромінювання виникає, коли збуджений атом переходить у нижчий стан і випромінює фотон. Спектр поглинання — коли фотон відповідної енергії переводить атом у вищий стан.
Та сама різниця енергії може давати яскрава емісійна лінія або темна лінія поглинання залежно від експеримент.
Спектр водню
Для водень E_n=−13,6 eV/n². Переходи на n=2 утворюють Серія Бальмера, на n=1 — Серія Лимана.
Співвідношення Рідберга 1/λ=R_H(1/n₁²−1/n₂²) описує довжини хвилі водневоподібні переходи.
Результат
Результат: eV
Довжина хвилі як вимірювання енергії
Спектральна лінія — не просто кольорова мітка. Через E=hc/λ її положення безпосередньо відповідає різниця енергії.
Hα близько 656,3 nm має енергія фотонів приблизно 1,89 eV.
Правила відбору
Не кожна пара рівнях має однакову ймовірність електродипольного переходу. Правила відбору визначають сильні дозволені лінії.
Заборонено зазвичай означає сильно пригнічений, а не абсолютно неможливу перехід.
Інтенсивність лінії
Інтенсивність залежить від населення держави, ймовірність переходу, кількості видів та відповідь приладу.
Вона не є прямим вимірюванням «рівень енергії».
Розширення лінії
Кінцевий термін служби дає природне розширення, тепловий рух — Допплерівське розширення, зіткнення — розширення тиску.
Кінцева роздільна здатність приладу також розширює вимірювана лінія.
Аналітичне використання
Кожен елемент має характерний візерунок дозволених переходів, тому атомна спектроскопія може визначити елементи у полум'я, плазми та зоряні атмосфери.
Надійний аналіз використовує кілька лінії, калібрування і відомості про температура та стан іонізації.
Тонка структура і калібрування
За високої дозвіл одна лінія може поділятися на тонкої структури, надтонкий та ізотопні компоненти. Ці розщеплення дають інформацію про спін-орбітальний зв'язок і ядерні властивості.
Ідентифікація елемента потребує калібровані довжини хвиль і збігу кількох лінії; колір світіння сам по собі надто неточний.
Серія та надійна ідентифікація
Найяскравіша лінія не завжди належить нейтральний атом: у плазма можуть одночасно бути різні стани іонізації, а населення залежать від температура.
Тому ідентифікація елемента спирається на набір калібровані довжини хвиль і узгодження кількох лінії, а не на один приблизний колір.
Розібраний приклад
Hα
λ=656,3 nm.
Розв’язання
E≈1,89 eV.
Бальмер
Нижній рівень?
Розв’язання
n=2.
Інтенсивність
Залежить лише від ΔE?
Розв’язання
Ні.