Головна

Оптичні спектри атомів. Спектр атома водню

  1.  Oslash; Середня потужність бічних складових спектра сигналу з АМ
  2.  А) Реакції, що відбуваються за участю атома водню гідроксильної групи.
  3.  Аерогама-спектрометрічні зйомки
  4.  Антибіотики. Тетрациклін і левоміцетин. Спектр і механізми їх антимікробної дії. Показання до застосування. Основні побічні ефекти.
  5.  Атомарність значень атрибутів
  6.  Базовий спектр обстеження вагітних жінок 1 сторінка
  7.  Базовий спектр обстеження вагітних жінок 2 сторінка

глава 12

Оптичні властивості АТОМІВ, МОЛЕКУЛ І ТВЕРДИХ ТІЛ

Оптичні спектри атомів. Спектр атома водню

Досвід показує, що спектри всіх атомів, тобто розподілу інтенсивності випускається і поглинається ними електромагнітного випромінювання має лінійчатий (дискретний) характер. Це означає, що залежність інтенсивності від частоти випускається і поглинається випромінювання I(w) Являє собою набір гострих піків (ліній), що відповідають окремим (дискретним) значенням частоти  розділених проміжками нульовий інтенсивності (рис. 5.1, а). Цей набір частот, що випускається атомом випромінювання називають його оптичним спектром. Спектр кожного елемента якісно відмінний від спектру будь-якого іншого елемента. Тому вимір довжин хвиль спектральних ліній, що випускаються зразком, можна використовувати для ідентифікації присутніх в зразку елементів. Вимірюючи відносні інтенсивності, що випускаються ліній, і проводячи калібрувальні досліди з відомими кількостями досліджуваних елементів, можна визначити і їх кількісний склад. З іншого боку, вивчення спектрів випускання і поглинання речовин дозволяє встановити енергетичні рівні і найтонші деталі будови атомів. Отримання і аналіз спектра грає важливу роль в теоретичної та прикладної оптики.

Найпростіший спектр має атом водню. Вивчення його показало, що частоти всіх ліній, випущених або поглинених атомом водню, підпорядковується простої формули

 (16.1)

де с - 1 - Так звана постійна Рідберга, n = 1, 2, 3, ..., m = n + 1, n + 2, n + 3, ... - цілі числа. Ця формула називається узагальненою формулою Бальмера.

Мал. 12.

Лінії з однаковими значеннями n утворюють групи ліній, званих серіями. число m визначає положення (номер) лінії в серії. Серія, відповідна n = 1, називається серією Лаймана, n = 2 - серією Бальмера, n = 3 - серією Пашена і т.д. Лінії серії Лаймана розташовуються в ультрафіолетовій частині спектру. Чотири лінії серії Бальмера, що позначаються як  , Розташовуються у видимій області; а всі інші лінії цієї серії і лінії серій з n > 2 - в ультрафіолетовій області. У міру збільшення числа m частоти ліній кожної серії все більше і більше зближуються один з одним (лінії згущуються), а їх інтенсивності зменшуються (рис. 16.1, а). значення  відповідає кордоні кожної серії (найбільшої частоті), коли  . значення  відповідає мінімальній частоті - головний лінії серії. У серії Бальмера такого головного лінією є лінія  , Їй відповідає m = n + 1 = 3. Лінії  відповідає  = 4, лінії - m = n + 3 = 5, лінії .

Формула Бальмера представима також у вигляді  тобто кожну спектральну частоту можна виразити різницею двох частот з деякого набору  частоти  називаються спектральними термами. Складаючи різні комбінації термів, можна знайти всі можливі частоти спектральних ліній атомів. Це справедливо для спектрів будь-яких атомів і називається комбінаційною принципом Ріца.

В рамках класичних уявлень ні сам лінійчатий характер спектра атома, ні тим більше розглянуті закономірності пояснити неможливо. Дійсно, що рухається з прискоренням (доцентровим) навколо ядра електрон повинен випромінювати електромагнітні хвилі з частотою, рівній частоті його обертання навколо ядра. Але при випромінюванні електрон втрачає енергію, внаслідок чого радіус орбіти електрона буде безперервно зменшуватися, а частота звернення його навколо ядра безперервно зростати. Безперервно буде збільшуватися і частота випромінювання електрона, і значить, спектр випромінювання атома повинен бути безперервним.

Лінійчатий характер спектра та походження принципу Ріца вдалося пояснити Бору ще до створення квантової механіки, але в рамках квантових уявлень. Бор зрозумів, що лінійчатий характер спектрів випромінювання і поглинання будь-якого атома свідчить про дискретності його енергетичного спектра. Грунтуючись на квантової гіпотезі Планка, Бор висунув два припущення (постулату). 1. Атом (електрон в атомі) може перебувати лише в певних, так званих стаціонарних станах, кожному з яких відповідає одна з дискретних значень енергії W = W1, W2, W3, ..., Wm, ..., Wn,. У стаціонарних станах, атом не випромінює і не поглинає електромагнітних хвиль. 2. Випромінювання і поглинання світла відбувається у вигляді квантів енергії  при переході атома з одного стаціонарного стану (m) В інше (n). Якщо атом переходить зі стану з більшою енергією в стан з меншою енергією, то має місце випромінювання хвиль, причому кожен такий перехід супроводжується випромінюванням окремої спектральної лінії частоти  При переході атома зі стану з меншою енергією в стан з більшою енергією відбувається поглинання хвиль. нехай  - Зміна енергії електрона при переході зі стану з енергією Wm в стан з енергією Wn. Тоді згідно з другим постулату Бора

 (16.2)

Це співвідношення, зване правилом частот Бора, уособлює закон збереження енергії при випромінюванні і поглинанні: зменшення (при  ) Або збільшення (при  ) Енергії атома при переході з одного стану в інший дорівнює енергії  , Що буря або принесеної квантом випромінювання - фотоном. З зіставлення співвідношення (16.2) з формулою Бальмера виходить вираз для енергії атома водню в деякому стаціонарному стані:  Тим самим з кожним спектральним термо  Бор пов'язав енергію Wn і припустив, що енергетичний спектр атома вичерпується цими значеннями енергії. Висунувши третій постулат, згідно з яким момент імпульсу електрона в стаціонарному стані є цілим кратним постійної Планка |l| =  , Бор отримав формулу енергії електрона в атомі водню  де  = 13,6 еВ - є енергія іонізації атома водню, m - Маса електрона, e - Заряд електрона. Порівнюючи обидві отримані формули для Wn, Бор отримав числове значення постійної Рідберга, яке з великою точністю збіглося з експериментальним значенням.

Квантова механіка підтвердила формулу Бора для енергії електрона в атомі водню, але виправила формулу для орбітального моменту імпульсу, замінивши її формулою |l| = =  де l = 0, 1, 2, ..., n - 1 - орбітальне квантове число. Слід зазначити також, що всі атомні стані, строго кажучи, цілком стаціонарними не є, оскільки атоми з цих станів мимовільно переходять в стану з найменшою енергією. Тільки атом, що знаходиться на найнижчому енергетичному рівні (в основному стані), не може випромінювати: він стійкий.

З порівняння виразів для енергії Wn слід, що цілі числа m и n - Це значення головного квантового числа, що визначає квантовані (дискретні) значення енергії електрона в атомі водню (енергетичні рівні атома водню). У формулі Бальмера вони визначають номера рівнів, між якими здійснюється перехід електрона при випромінюванні (якщо m > n) Або при поглинанні (якщо m < n) Електромагнітного випромінювання. Отже, серія Лаймана в спектрі випромінювання атома водню виникає при переході електрона з усіх вищих рівнів на перший (основний, n = 1) рівень, серія Бальмера - на другий (n = 2), серія Пашена - на третій (n = 3) і т.д. У спектрі поглинання серія Лаймана виникає при переході електрона з основного рівня на різні збуджені рівні. Саме тому, що серія Лаймана відповідає переходу електрона з основного рівня, тільки ця серія і спостерігається в спектрі поглинання атома водню. Графічно процес випромінювання і поглинання можна зобразити стрілкою, що сполучає ті два енергетичних рівня Wm и Wn (Стану з енергіями Wm и Wn), При переході між якими відбувається випускання або поглинання кванта світла  . Всі серії випромінювання і відповідні їм переходи в атомі водню показані на рис. 16.1, б.

Виникнення лінійчатих спектрів і постулати Бора отримали своє обгрунтування у квантовій теорії.

 Елементи технологічного розрахунку |  Спектри багатоелектронних атомів

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати