Спектры испускания и поглощения атомов

§ 2.3. Спектры испускания и поглощения атомов.

Все спектры (испускания, поглощения) делятся на линейчатые, полосатые и сплошные. Чем проще структура вещества, тем разрежённей его спектр. С другой стороны, чем меньше электронов содержит вещество, тем проще его спектр. Линейчатые спектры характерны для атомов определённых веществ. Полосатые спектры дают молекулы газа в разряженном состоянии. Сплошным спектром обладает газ при высокой температуре или жидкость, а также твёрдые тела.

Во второй половине 19 века были проведены многочисленные и тщательные исследования спектров излучения. Исследователи обнаружили, что спектральные линии объединяются в серии. Серией называется группа спектральных линий, соответствующая переходу атома с одного и того же энергетического уровня на какой-либо другой (для спектра испускания) либо в одно и то же энергетическое состояние (для спектра поглощения). Первая спектральная серия для атома водорода была обнаружена Бальмером в 1885 г. и получила его имя. Изучая спектр атома водорода в видимой области, Бальмер получил формулу: , где . Впоследствии были открыты и остальные серии для атома водорода:

1. Серия Лаймана. . Ультрофиалетовая область.

Информация в лекции "21 Человек в марксизме" поможет Вам.

2. Серия Пашена. . Инфракрасная область.

3. Серия Брэкета. . Инфракрасная область.

4. Серия Пфунда. . Инфракрасная область.

Расстояния между спектральными линиями с увеличением числа  становится всё меньше и меньше. Это утверждение очевидно следует из приведённых выше формул. Обобщая, можно записать закон построения спектральных линий для атома водорода для всех серий: , где . Причём  определяет номер спектральной серии.  для спектра испускания;  для спектра поглощения.

Введём понятие спектрального терма: . Таким образом, частота любой спектральной линии определяется линейной комбинацией термов     (1). Этот принцип называют комбинационным принципом Ритца: всё многообразие спектральных линий одноэлектронного атома является комбинацией спектральных термов. Как будет постулировано в дальнейшем, частота излучённой электромагнитной волны при переходе атома с одного энергетического уровня на другой определяется формулой:     (2), где  – энергии соответствующих энергетических уровней. Таким образом, сравнение формул (1) и (2) даёт, что физический смысл терм есть отношение энергии уровня к постоянной Планка. Следует отметить, что принцип Ритца справедлив только для определённого ряда атомов, у которых на внешней оболочке либо один электрон, либо одного нет. Это – так называемые водородоподобные атомы. К их числу принадлежат ионы, щелочные металлы и т. д. В данном случае справедлива формула: , где  – некоторая константа, в каждом случае своя.

В спектре атома других линий быть не может, тем не менее, не все линии, определяемые комбинационным принципом Ритца, обязательно присутствуют в спектре, так как не нулевой вероятностью обладают лишь переходы, удовлетворяющие правилам отбора.