химический каталог




АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ, оптический спектры, получающиеся при испускании или поглощении электромагн. излучения свободными или слабо связанными атомами (например, в газах или парах). Являются линейчатыми, т.е. состоят из отдельных спектральных линий, характеризуемых частотой излучения v, которая соответствует квантовому переходу между уровнями энергии Ei и Ek атома согласно соотношению: hv = Ei-Ek где h-постоянная Планка. Спектральные линии можно характеризовать также длиной волны= c/v (с - скорость света), волновым числом= v/c и энергией фотона hv. Частоты спектральных линий выражают в с -1, длины волн-в нм и мкм, а также в А, волновые числа - в см -1, энергии фотонов - в эВ. Типичные АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ с. наблюдаются в видимой, УФ- и ближней ИК-областях спектра. Спектры испускания, или эмиссионные, получают при возбуждении атомов различные способами (фотонами, электронным ударом и т.д.), спектры поглощения, или абсорбционные, - при прохождении электромагн. излучения, обладающего непрерывным спектром, через атомарные газы или пары. Для наблюдения АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ с. применяют приборы с фотографич. или фотоэлектрич. регистрацией. АТОМНЫЕ СПЕКТРЫс. обладают ярко выраженной индивидуальностью: каждому элементу соответствует свой спектр нейтрального атома (так называемой дуговой спектр) и свои спектры последовательно образующихся положит. ионов (т.называют искровые спектры). Линии в этих спектрах обозначают римскими цифрами, например линии PeI, FeII, FeIII в спектрах железа соответствуют спектрам Fe, Fe+, Fe2+.

Вид спектра зависит как от электронного строения данного атома, так и от внешний условий - температуры, давления, напря-женностей электрич. и магн. полей и т. п. В зависимости от способа возбуждения атома могут возникать отдельные линии спектра, некоторые его участки, весь спектр нейтрального атома или его иона определенной кратности. Положение линий в таких спектрах подчиняется определенным закономерностям, которые наиболее просты для атомов с одним внешний электроном, т.е. для атома Н и нейтральных атомов щелочных металлов, а также изоэлектронных с ними ионов. В спектрах таких атомов наблюдаются спектральные серии, каждая из которых (в случае спектров испускания) получается при возможных квантовых переходах с последовательных вышележащих уровней энергии на один и тот же нижележащий (в спектрах поглощения - при обратных переходах). Промежутки между линиями одной серии убывают в сторону больших частот, т.е. линии сходятся к границе серии - максимальной для данной серии частоте, соответствующей ионизации атома. Для атома Н волновые числа линий всех серий (см. рис. 1 в ст. Атом) с большой точностью определяются обобщенной формулой Бальмера:

где пk и ni - значения главного квантового числа для уровней энергии, между к-рыми происходит квантовый переход, причем nk, характеризующее нижний уровень энергии, определяет серию, а ni - ее отдельные линии (при получается граница серии); R-постоянная Ридберга. Аналогичные серии наблюдаются и в спектрах водородоподобных атомов, однако значения волновых чисел для спектральных линий ионов Не+ , Li2+, ... в Z2 раз (Z - пoрядковый номер элемента) больше, чем для соответствующих линий атома Н.

Спектры атомов щелочных металлов, имеющих один электрон на внешний электронной оболочке, схожи со спектром Н, но смещены в область меньших частот; число спектральных линий в них увеличивается, а закономерности в расположении линий усложняются. Пример - спектр Na, атом которого имеет электронную конфигурацию Is22s22p63s с легковозбуждаемым внешний электроном 3s. Переходу этого электрона из состояния Зр в состояние 35 соответствует желтая линия Na (дублет= 589,0 нм и= 589,6 нм); это - наиболее яркая линия, с которой начинается т.наз, главная серия Na. Линии этой серии в спектре испускания соответствуют переходам из состояний Зр, 4р, 5р> ... в состояние 35.

Для атомов последующей групп элементов в периодической системе, обладающих двумя или несколько внешний электронами, спектры еще более усложняются, что обусловлено взаимодействие электронов. Особенно сложны спектры атомов с заполняющимися d- и f-оболочками; число линий в таких спектрах достигает многие тысяч, простых закономерностей в них не обнаруживается. Однако и для сложных спектров можно произвести систематику оптический квантовых переходов и определить схему уровней энергии. Систематика спектров атомов с двумя и более внешний электронами основана на приближенной характеристике отдельных электронов при помощи квантовых чисел n и l с учетом взаимодействие этих электронов друг с другом. При этом приходится учитывать как их электростатич. взаимодействие, так и спин-орбитальное, что приводит к расщеплению уровней энергии (так называемой тонкая структура). В результате этого взаимодействия у большинства атомов каждая спектральная линия представляет собой более или менее тесную группу линий - мультиплет. Так, у всех щелочных металлов наблюдаются двойные линии (дублеты), причем расстояния между линиями увеличиваются с увеличением порядкового номера элемента. Для щел.-зем. элементов наблюдаются одиночные линии (синглеты) и тройные (триплеты). В спектрах атомов последующей групп периодической системы элементов наблюдаются еще более сложные мультиплеты, причем атомам с нечетным числом электронов соответствуют четные мультиплеты (дублеты, квартеты), а с четным числом - нечетные (триплеты, квинтеты). Кроме тонкой структуры в АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ с. наблюдается также сверхтонкая структура линий (примерно в 1000 раз уже, чем мультиплетная), обусловленная взаимодействие электронов с магн. и электрическими моментами ядра.

В АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ с. проявляются не все возможные квантовые переходы, а лишь разрешенные правилами отбора. Так, в случае атома с одним внешний электроном разрешены лишь переходы между уровнями, для которых орбитальное квантовое число / изменяется на 1 , т. е. s-уровни (l = 0) комбинируют с р-уровнями (l=1), р-уровни - с d-уровнями (l = 2) и т.д. Количеств. характеристика разрешенного оптический квантового перехода - его вероятность, определяющая интенсивность спектральной линии, соответствующей этому переходу. Вероятности переходов в простейших случаях может быть рассчитаны методами квантовой механики.

Под влиянием внешний электрич. и магн. полей происходит расщепление спектральных линий. Возмущающие факторы, существующие в излучающей среде, вызывают уширение и сдвиг спектральных линий.

Методы, основанные на измерении частот и интенсивно" стей линий в спектре, применяют для решения различные задач спектроскопии: проведения общей систематики спектров многоэлектронных атомов; определения уровней энергии таких атомов (это существенно, в частности, при квантово-хим расчетах); нахождения вероятностей переходов и времен жизни возбужденных состояний; изучения механизмов возбуждения атомов; измерения ядерных моментов и т. п. Индивидуальность АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ с. используют для качеств. определения элементного состава вещества, а зависимость интенсивности линий от концентрации излучающих атомов - для количественное анализа (см. Спектральный анализ).

Исследования АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ с. сыграли важнейшую роль в развитии представлений о строении атома.

Химическая энциклопедия. Том 1 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
курсы по сантехнике и отоплению
Туалетная кабина EcoLight тип универсальный
стул y-172
квн купить билеты 2016 официальный сайт

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(06.12.2016)