Происхождение атомных спектров

При изменении хотя бы одного квантового числа атом получа­ет или отдает энергию. Это может произойти при взаимодействии тома с ЭМИ, при непосредственном обмене энергией с другими томами, например, при столкновениях или при химических ре­акциях. В отсутствии внешних воздействий атом находится в ос­новном состоянии, т. е. обладает наименьшей энергией. При по­лучении энергии извне атом возбуждается (рис. 8).

Рис. 8. Энергетические переходы в атоме

 

Атом не может получить или отдать любое количество энер­гии. Энергетический обмен осуществляется только конечными порциями, в частности квантами ЭМИ, т. е. атом может находить­ся только в определенных энергетических состояниях, отличаю­щихся друг от друга на конечную величину.

Один атом за один акт поглощает или испускает только один фотон с определенной энергией. Вещество состоит из множества одинаковых атомов, способных переходить на разные энергети­ческие уровни, выпуская или поглощая кванты разных частот. Совокупность всех фотонов одной и той же частоты составляет спектральную линию, при поглощении ее называют абсорбцион­ной, при испускании — эмиссионной. Совокупность всех абсорб­ционных или всех эмиссионных линий называют абсорбционным или эмиссионным спектром вещества.

Спектр поглощения получают, помещая исследуемое вещество в поток ЭМИ, а для получения спектра испускания атомы вещества предварительно переводят в возбужденное состояние, что достигает­ся подведением какой-либо энергии (тепловой, химической, элект­роразряда и т. п.). После возбуждения атомы через 10^-9...10^-7с воз­вращаются в основное состояние, испуская фотоны.

Частота испускаемого или поглощаемого излучения определя­ется разностью энергии между электронными орбиталями DЕ:

Внешние легко возбудимые электроны называют оптическими, переходы с их участием дают оптический спектр. Наиболее вероят­ны переходы с первого возбужденного уровня на основной Е₀, соот­ветствующие им спектральные линии называют резонансными. Поскольку интенсивность линии пропорциональна числу фотонов в секунду, то более частым переходам соответствует интенсивная ли­ния, а редким — менее интенсивная. Испускание — самопроизвольный процесс, так как атом всег­да стремится перейти из нестабильного состояния, возбужденно­го, в более стабильное состояние с меньшей энергией. Поглоще­ние — вынужденный процесс, увеличивающий энергию атома за счет поглощаемого фотона.