Спектры атомов Физическое материаловедение

свободными или слабо связанными атомами; такими спектрами обладают, в частности,

одноатомные газы и пары. Атомные спектры являются линейчатыми — они состоят из отдельных спектральных линий и наблюдаются в виде ярких цветных линий при свечении газов или паров в электрической дуге или разряде (спектры испускания) и в виде тёмных линий (спектров поглощения). Каждая спектральная линия характеризуется определённой частотой колебаний v испускаемого или поглощаемого света и соответствует определённому квантовому переходу между уровнями энергии Ei и Ek атома согласно соотношению: hv = Ei - Ek, где h — постоянная Планка).

часто называют соответственно дуговыми и искровыми спектрами (нейтральные атомы легко

возбуждаются и дают спектры испускания в электрических дугах, а положительные ионы возбуждаются труднее и дают спектры испускания преимущественно в искровых электрических разрядах). Спектры ионизованных атомов смещены по отношению к спектрам нейтральных атомов в область больших частот, т. е. в ультрафиолетовую область. Это смещение тем больше, чем выше кратность ионизации атома — чем больше электронов он потерял. Спектры нейтрального атома и его последовательных ионов обозначают в спектроскопии цифрами I, II, III, ... В реально наблюдаемых спектрах часто присутствуют одновременно линии нейтрального и ионизованных атомов; так говорят, например, о линиях FeI, FeII, FeIII в спектре железа, соответствующих Fe, Fe+, Fe2+.

иона

атомов электронами eV ≥ eVi , фотоионизации hν≥ hνi и

из
спектроскопических данных по схождении уровней к границе ионизации.

в зависимости от Z связана со сходным строением внешних электронных

оболочек, определяющим эти свойства. Эта периодичность сохраняется и для ионов: теряя один электрон, атом становится подобен по ряду свойств атомам предыдущей группы элементов (например, однократно ионизованные щелочноземельные атомы - атомам щелочных металлов). Сходными свойствами обладают члены изоэлектронного ряда.

Изоэлектронные ряды

имеет 10 электронов и одинаковую электронную конфигурацию (как атом Ne:

1s22s22p6)
Заряд ядра возрастает→
Атомный радиус уменьшается→

вокруг ядра электрон излучает энергию только при переходе системы между

стационарными состояниями.

Динамическое равновесие системы в стационарных состоя-ниях подчиняется обычным законам механики, тогда как для описания переходов они неприменимы.

Излучение, испускаемое при переходах системы из одного стационарного состояния в другое, монохроматично. E = h

Нобелевская премия
1922 г.

Промежутки между линиями в серии убывают в сторону коротких длин

волн, и линии сходятся к границе серии, т.е. к границе ионизации, соответствующей отрыву электрона. Выше границы ионизации лежит непрерывный энергетический спектр. Наиболее прост спектр атома водорода.

Спектральные серии

Схема уровней энергии водородоподобных ионов He+, Li2+… отличается от схемы уровней атома H только увеличением масштаба в Z2 раз.

Уровни различных элементов:
http://physics.nist.gov/cgi-bin/ASD/levels_pt.pl

Энергоатомиздат, 1986

двух электронов с одинаковым набором значений всех четырех квантовых чисел.

Принцип Паули:

Электроны заполняют орбитали в порядке увеличения их энергии:
на орбиталях с большей энергией электроны располагаются после
того, как заполнены орбитали с меньшей энергией.

суммарного значения ms подслоя должен быть максимальным. Это означает, что

все свободные орбитали подслоя заполняются сначала по одному электрону, а потом только на эту орбиталь добавляется второй электрон. При этом на одной орбитали находятся два электрона с полуцелыми спинами противоположного знака, которые спариваются (образуют двухэлектронное облако. В результате, суммарный спин орбитали становится равным нулю.

Другая формулировка: Ниже по энергии лежит тот атомный терм, для которого выполняются два условия –
мультиплетность максимальна,
при совпадении мультиплетностей суммарный орбитальный момент L максимален.

Правило Хунда

(L-S связь)

L = i li

S = i si


J = L

+ S


PL = {L(L+1)}1/2ħ

PS = {S(S+1)}1/2ħ

PJ = {J(J+1)}1/2ħ

Проекции орбитального момента электрона

изменения, что приводит к появлению серий, высокие члены которых соответствуют

большим изменениям Δ n.

Случай дипольных переходов

Δ m = 0,  1

и молекулярная спектроскопия,
ФМ, Москва, 1963.
Б.М. Смирнов, Физика атома и

иона, Энргоатомиздат, 1986.
А.А. Бабушкин, П.А. Бажулин, Ф.А. Королев, Л.В. Левшин,
В.К. Прокофьев, А.Р. Стриганов, Методы спектрального
анализа, Изд. Московского университета, 1962.