Спектры излучения атомов. - раздел Ядерная техника, В данной теме мы начнем изучение квантовых закономерностей явлений природы 1. С Появлением Первых Спектральных Приборов Началось Изучение Спектров Излуч...
1. С появлением первых спектральных приборов началось изучение спектров излучения и поглощения различных тел. К началу ХХ в. Было известно, что раскаленные тела излучают сплошной спектр, в котором излучение происходит на любой длине волны из широкого диапазона. Газы в атомарном состоянии дают линейчатый спектр, содержащий большое количество более-менее узких спектральных линий. Линейчатый спектр дают также ионы атомов. В молекулярном состоянии газы излучают полосатые спектры. При малой разрешающей силе спектрального прибора полосы в этих спектрах кажутся сплошными, но применение приборов с большой разрешающей силой (отражательных решеток с большим числом штрихов) показало, что эти полосы распадаются на множество тесно расположенных отдельных спектральных линий.
В 1885 году швейцарский физик Бальмер, изучая спектр излучения атомов водорода, обнаружил, что длины волн четырех спектральных линий в видимой области спектра описываются формулой
, ,
где
В дальнейшем были обнаружены спектральные линии, соответствующие номерам , которые лежали в инфракрасной области спектра. Данную группу спектральных линий стали называть серией Бальмера.
Ради удобства эту формулу стали записывать в перевернутом виде
,
а величину, обратную длине волны стали называть спектроскопическим квантовым числом.
До 1983г. положение спектральной линии в спектре характеризовалось только длиной волны , хотя частота более удобна для выражения спектральных закономерностей. Причина этого заключалась в том, что спектральная аппаратура позволяла определять длину волны с точностью до седьмого десятичного знака, а измерение скорости света производилось с гораздо худшей точностью. Только после того, как на основе методов нелинейной оптики научились измерять частоту световых колебаний с точностью, превышающей точность измерения длины волны, генеральная конференция по мерам и весам в 1983г. приняла новое определение метра. Согласно этому определению скорость света в вакууме принимается равной
.
Метр же определяется через расстояние проходимое светом в вакууме за одну секунду. Это позволяет определять положение спектральной линии в спектре излучения частотой, что, как уже говорилось, более удобно для выражения спектральных закономерностей.
2. Основным законом спектроскопии, установленным в 1908г. является комбинационный принцип Ритца. Он заключается в том, что все многообразие частот спектральных линий рассматриваемого атома можно получить путем попарных комбинаций гораздо меньшего числа величин, называемых спектральными термами. Частота спектральной линии выражается разностью двух термов
. (1)
Термы имеют положительные значения и уменьшаются при увеличении номера терма (для ). Условно термы можно изобразить в виде горизонтальных линий, а переходы между ними в виде вертикальных стрелок. На этой диаграмме вертикальная ось в определенном масштабе отражает величину терма.
Если фиксировать и придавать различные значения, начиная с , то получится система линий, называемая спектральной серией. Совокупность всех серий составляет спектр рассматриваемого элемента.
Если и - две частоты спектральных линий одной и той же серии, то вычитая из второго равенства первое получим частоты спектральной линии, принадлежащей к серии с начальным термом
.
Из комбинационного принципа следует, что разность частот двух спектральных линий одной серии дает частоту другой серии того же атома. Вообще говоря, такой линии в спектре может и не оказаться, так как на комбинации термов друг с другом накладываются некоторые ограничения, называемые правилами отбора.
Аналитические выражения для термов большинства атомов не известны. В некоторых случаях для термов можно записать эмпирические или полуэмпирические выражения. Исключение составляет простейший атом - атом водорода. Для атома водорода терм с высокой точностью определяется по формуле
(=1, 2, 3,…), (2)
где постоянная Ридберга для атома водорода имеет численное значение
.
Для атома водорода частоты всех спектральных линий описываются формулой
, где . (3)
Для фиксированного значения эта формула определяет частоты определенной серии линий. При получаем серию Лаймана, при - серию Бальмера, при - серию Пашена и т.д.
Серия Пашена
, где m = 4, 5, 6,….
была предсказана Ритцем в 1908г. на основе комбинационного принципа и экспериментально обнаружена Пашеном в том же году в инфракрасной области спектра
Максимальная длина волны для серии Лаймана получается при
.
Соответствующая линия называется резонансной линией водорода.
Максимальная частота (минимальная длина волны) в каждой серии получается при . Такая частота называется границей серии. Для серии Лаймана она равна , для серии Бальмера - и т.д.
При приближении к границе серии спектральные линии сгущаются: разность длин волн между ними стремится к нулю; стремятся к нулю и интенсивности линий. За границей серии спектр становится сплошным. Эта закономерность проявляется не только у водорода, но и у других элементов. У них тоже существуют границы серий, за которыми следует сплошной спектр.
Введение... В конце ХIX в даже у крупных ученых сложилось представление что в физике уже... Решение первой из указанных проблем привело к созданию Эйнштейном теории относительности а решение второй проблемы...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Спектры излучения атомов.
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Равновесное тепловое излучение
1. В проблеме теплового излучения большое значение имеет понятие равновесного излучения. Чтобы представить, что это такое, рассмотрим замкнутую полость с неподвижными и непрозрачным
Формула Релея-Джинса
Чтобы определить число нормальных мод с частотами в интервале от до
Понятие вероятности. Средние значения случайных величин
1. Большинство физических величин изменяется хаотически, т.е. являются случайными величинами. Различают дискретные и непрерывные случайные величины. Дискретная величина принимает ст
Понятие о квантах. Средняя энергия осциллятора. Фотоны
1. Формирование электромагнитного поля равновесного излучения является случайным процессом, так как случайны процессы испускания света телами. Поэтому энергия любого нормального кол
Модели атома Томсона и Резерфорда
1. Согласно классическим представлениям атом мог бы испускать монохроматическую волну в том случае, когда электрон в атоме совершает гармонические колебания и следовательно, удерживается около поло
Столкновение заряженных частиц
В опытах Резерфорда применялись очень тонкие металлические фольги с толщиной порядка . Это и позволяло не учит
Формула Резерфорда и ее экспериментальная проверка
Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, являлась гипотезой и требовала экспериментальной проверки. Для этого Резерфорду пришлось детально проанализировать процесс рассеяния
Постулаты Бора
Неустойчивость планетарной модели атома по Резерфорду и закономерности атомных спектров, в частности их дискре
Опыты Франка и Герца
Идея Бора о стационарных состояниях атомов получила экспериментальное подтверждение в том же 1913г. в опытах Джеймса Франка и Густава Герца.
Опыты Франка и Герца начались до появления теор
Гипотеза де-Бройля. Волны де Бройля.
1. В 1923 году французский физик Луи де Бройль предположил, что корпускулярно-волновой двойственностью должны обладать не только фотоны, но и частицы вещества. Экспериментальное подтверждение этой
Особенности поведения микрочастиц
Многочисленные эксперименты показали, что электроны, атомы, молекулы и другие частицы обладают волновыми свойствами. При этом они сохраняют свои корпускулярные свойства. Объекты, обладающие корпуск
Соотношения неопределенностей
1. Отсутствие траектории у микрочастицы указывает на то, что описывать ее состояние столь же подробно как для материальной точки нельзя.
Действительно, задание координат и импульса материа
Дифракция микрочастиц на щели
Причиной существования квантовых неопределенностей и соотношений Гейзенберга являются волновые свойства микрочастиц.
Пусть движение электрона описывается плоской волной де Бройля. Электрон
Минимальная энергия и размеры атома
Принцип неопределенности является одним из основных законов квантовой физики. Из принципа неопределенности вытекает ряд важных следствий. В частности состояние покоя для микрочастицы, движущейся в
Временное уравнение Шредингера
1. Плоская волна де Бройля
соответствует равномерному свободному движению частицы в определ
Стационарные состояния. Свойства волновых функций
Особое значение в квантовой механике имеют стационарные состояния. Это такие состояния, в которых все наблюдаемые физические параметры не меняются с течением времени. Сама волновая функция принципи
Потенциальный барьер. Решение стационарного уравнения
1. Рассмотрим рассеяние микрочастиц на преграде, испускаемых источником, удаленным на большое расстояние от нее. Силовое воздействие на микрочастицу определяется потенциальной энергией взаимодейств
Коэффициенты отражения и пропускания ступенчатого барьера
На опыте измеряются не амплитудные коэффициенты прошедшей и от-раженной волн, а коэффициенты отражения и пропускания для частиц, которые связаны с амплитудными коэффициентами вероятностными соотнош
Туннельный эффект
1. Теперь рассмотрим барьер конечной ширины (рис. 2). В этом случае в первой области будут существовать падаю
Система двух взаимодействующих частиц
При классическом рассмотрении движение системы из двух частиц сводится к движению двух квазичастиц, одна из которых с массой
Модель гармонического осциллятора
Зависимость энергии взаимодействия двух атомов от расстояния между ними показана на рис. . При некотором расстоянии
Момент импульса
1. Согласно классическому определению моментом импульса частицы относительно начала координат О называ
Проекции момента импульса
Выбрав за ось некоторое произвольное направление в пространстве, определим собственные функции и собственные
Координатах
1. Если силы, действующие на частицу в разных точках пространства, направлены вдоль прямых, проходящих через одну и ту же точку, называемую центром, и зависят только от расстояния до него
Сложение угловых моментов
1. Понятие углового момента можно распространить и на системы частиц. Для этого рассмотрим простейшую изолированную систему из двух невзаимодействующих микрочастиц: 1 и 2.
Оператором углов
Атома водорода.
В 1921 году Штерном и Герлахом был поставлен прямой опыт по обнаружению квантования магнитного момента атомов. В вакуумной камере устанавливался электромагнит со специальной формой наконечников, чт
Принцип Паули
1. Сочетание волновых и корпускулярных свойств у микрочастиц приводит к отличиям в поведении не только одиночных микрочастиц, но и в поведении коллективов частиц. Эти отличия касаются только систем
Особенности периодической системы элементов
Располагая химические элементы в порядке возрастания атомного веса, Менделееву пришлось отступить от этого исходного принципа и переставить места некоторых элементов, придавая большее значение пери
Спин-орбитальное взаимодействие
Основное взаимодействие электрона с ядром атома есть электростатическое взаимодействие их зарядов. Но так как электрон движется вокруг ядра, то возникает дополнительное взаимодействие, обусловленно
Энергетические уровни и спектральные серии щелочных металлов
В атомах щелочных металлов электронная оболочка содержит один наружный (валентный) электрон, сравнительно слабо связанный с ядром атома. Переходы между энергетическими уровнями валентного электрона
Результирующий механический момент атома
В многоэлектронных атомах все орбитальные и спиновые моменты электронов складываются в единый угловой момент атома. Конечно результирующий момент от порядка слагаемых не зависит, но, тем не менее,
Магнитный момент атома
С механическим моментом связан магнитный момент. Для орбитального момента
,
Сложный эффект Зеемана
Рассмотрим сначала сложный эффект Зеемана, т.е расщепление спектральных линий в слабом магнитном поле.
При наложении слабого магнитного поля появляется дополнительная энергия взаимодействи
Простой эффект Зеемана
В сильных магнитных полях воздействие на атом становится сравнимым или больше спин-орбитального взаимодействия. В этом случае уже нельзя рассматривать поведение каждой компоненты мультиплета тонкой
Приближенная количественная теория атома гелия
Задача о движении двух электронов в поле ядра аналогична задаче о движении двух планет в гравитационном поле Солнца. В небесной механике разработаны достаточно точные приближенные методы расчета дв
, 
,
, которые лежали в инфракрасной области спектра. Данную группу спектральных линий стали называть серией Бальмера.
,
, хотя частота 
более удобна для выражения спектральных закономерностей. Причина этого заключалась в том, что спектральная аппаратура позволяла определять длину волны с точностью до седьмого десятичного знака, а измерение скорости света производилось с гораздо худшей точностью. Только после того, как на основе методов нелинейной оптики научились измерять частоту световых колебаний с точностью, превышающей точность измерения длины волны, генеральная конференция по мерам и весам в 1983г. приняла новое определение метра. Согласно этому определению скорость света в вакууме принимается равной
.
2. Основным законом спектроскопии, установленным в 1908г. является комбинационный принцип Ритца. Он заключается в том, что все многообразие частот спектральных линий рассматриваемого атома можно получить путем попарных комбинаций гораздо меньшего числа величин, называемых спектральными термами. Частота спектральной линии выражается разностью двух термов
. (1)
для 
). Условно термы можно изобразить в виде горизонтальных линий, а переходы между ними в виде вертикальных стрелок. На этой диаграмме вертикальная ось в определенном масштабе отражает величину терма.
и придавать 
различные значения, начиная с 
, то получится система линий, называемая спектральной серией. Совокупность всех серий составляет спектр рассматриваемого элемента.
и 
- две частоты спектральных линий одной и той же серии, то вычитая из второго равенства первое получим частоты спектральной линии, принадлежащей к серии с начальным термом 
.
(
.
, где 
. (3)
эта формула определяет частоты определенной серии линий. При 
получаем серию Лаймана, при 
- серию Бальмера, при 
- серию Пашена и т.д.
, где m = 4, 5, 6,….
.
. Такая частота называется границей серии. Для серии Лаймана она равна 
, для серии Бальмера - 
и т.д.
Новости и инфо для студентов