Enciclopedia Spectrelor Atomice TSB
Sensul cuvântului „spectre atomice”
spectre atomice,spectre opticerezultat din emisia sau absorbția luminii (unde electromagnetice) de către atomi liberi sau slab legați; astfel de spectre sunt posedate, în special, de gaze și vapori monoatomici. La fel de. sunt căptușite - sunt formate din linii spectrale individuale. La fel de. se observă sub formă de linii de culoare strălucitoare când gazele sau vaporii strălucesc într-un arc electric sau descărcare (spectre de emisie) și sub formă de linii întunecate (spectre de absorbție). Fiecare linie spectrală este caracterizată de o anumită frecvență de oscilație v a luminii emise sau absorbite și corespunde unei anumitetranziție cuanticăîntreniveluri de energieEi și Ek ale atomului conform relației: hv = Ei - Ek, unde h esteconstanta Planck). Alături de frecvență, linia spectrală poate fi caracterizată prin lungimea de undă l = c/v, numărul de undă 1/l = v/c (c este viteza luminii) și energia fotonului hv.
La fel de. apar în timpul tranzițiilor între nivelurile de energie ale electronilor exteriori ai atomului și sunt observate în regiunile vizibil, ultraviolete și infraroșu apropiat. Atât atomii neutri, cât și atomii ionizați au astfel de spectre; ele sunt adesea numite spectre de arc și, respectiv, de scânteie (atomii neutri sunt ușor excitați și dau spectre de emisie în arcuri electrice, în timp ce ionii pozitivi sunt mai greu de excitat și dau spectre de emisie în principal în descărcări electrice de scânteie). Spectrele atomilor ionizați sunt deplasate în raport cu spectrele atomilor neutri către regiunea de frecvențe înalte, adică spre regiunea ultravioletă. Această schimbare este cu atât mai mare, cu cât este mai mare multiplicitatea ionizării atomului - cu atât a pierdut mai mulți electroni. Spectrele unui atom neutru și ionii săi succesivi sunt notate înnumerele de spectroscopie I, II, III, . Spectrele observate cu adevărat conțin adesea simultan linii de atomi neutri și ionizați; așa se spune, de exemplu, despre liniile FeI, FeII, FeIII din spectrul fierului, corespunzătoare Fe, Fe + , Fe 2+ .
Liniile A. s. formează grupuri regulate se numesc serii spectrale. Decalajele dintre liniile din serie scad spre lungimi de undă mai scurte, iar liniile converg către limita seriei. Spectrul atomului de hidrogen este cel mai simplu. Numerele de undă ale liniilor spectrului său sunt determinate cu mare precizie de formula Balmer:
unde n1 și n2 sunt valorile numărului cuantic principal pentru nivelurile de energie între care are loc tranziția cuantică (vezi Fig.Atom,orez. 1, b). Valoarea n1 = 1, 2, 3, . definește seria, iar valoarea n2 = n1 + 1, n1 + 2, n1 + 3. definește liniile individuale ale seriei date; R-constanta Rydberg(exprimat în numere de undă). La n1 = 1, se obține seria Lyman, care se află în regiunea ultravioletă îndepărtată a spectrului, iar la n1 = 2, seria Balmer, ale cărei linii sunt situate în regiunile vizibile și aproape ultraviolete. Seria Paschen (n1 = 3), Bracket (n1 = 4), Pfaund (n1 = 5), Humphrey (n1 = 6) se află în regiunea infraroșu a spectrului. Spectre similare, doar cu o scară mărită cu un factor de Z (Z este numărul atomic), sunt posedate de ionii de tip hidrogen He +, Li 2+, . (spectre de HeII, LiIII, . ).
Spectrele atomilor de metal alcalin, care au un electron exterior (optic) în plus față de învelișurile umplute, sunt similare cu spectrul atomului de hidrogen, dar sunt deplasate la frecvențe inferioare; numărul de serii spectrale crește, iar regularitățile în aranjarea liniilor devin mai complicate. Un exemplu este spectrul Na, al cărui atom are o configurație electronică normală 1s 2 2s 2 2p 6 3s (vezi art.Atom- Umplereînvelișuri și straturi de electroni) cu un electron extern ușor excitat 3s; tranziția acestui electron de la starea 3s la starea 3p corespunde liniei galbene Na (dubletul l = 5690 și l = 5696; vezi Fig.orez.), cu care așa-numitul. seria principală de Na ai cărei membri corespund tranzițiilor între starea 3s și stările 3p, 4p, 5p. limita seriei corespunde ionizării atomului de Na.
Pentru atomii cu doi sau mai mulți electroni exteriori, spectrele devin mult mai complicate, ceea ce se datorează interacțiunii electronilor. La fel de. sunt deosebit de dificile pentru atomii cu umplere d- și f-shells; numărul de linii ajunge la multe mii și nu mai este posibil să se detecteze serii simple analoge cu seria din spectrele hidrogenului și metalelor alcaline. Cu toate acestea, chiar și în spectre complexe, este posibil să se stabilească anumite regularități în aranjarea liniilor, să se producă o sistematică a spectrului și să se determine schema nivelurilor de energie.
Sistematica spectrelor atomilor cu doi sau mai mulți electroni exteriori se bazează pe caracterizarea aproximativă a electronilor individuali folosind numerele cuantice n și l (vezi.Atom) ținând cont de interacțiunea acestor electroni între ei. În acest caz, trebuie luate în considerare interacțiunile electrostatice ale electronilor - repulsie conform legii Coulomb și interacțiunile magnetice ale spinului și momentelor orbitale (vezi Fig.A învârti,Interacțiunea rotație-orbita), care duc la o împărțire fină a nivelurilor de energie (vezi Fig.structură fină). Datorită acestui fapt, liniile spectrale ale majorității atomilor reprezintă un grup de linii mai mult sau mai puțin apropiat, numit multiplet. Deci, toate metalele alcaline au linii duble (dubleturi), iar distanțele dintre nivelurile multipletelor cresc odată cu creșterea numărului atomic al elementului. Elementele alcalino-pământoase aulinii simple (singulet) și triple (triplete). Spectrele coloanelor următoare ale tabelului periodic formează multiplete din ce în ce mai complexe, cu coloane impare corespunzând multipletelor pare și coloane pare celor impare.
Pe lângă structura fină, în A. s. observatstructură hiperfină, datorită momentelor magnetice ale nucleelor. Structura hiperfină este de 1000 de ori mai îngustă în ordinea mărimii decât structura obișnuită multiplet și este studiată prin metoderadiospectroscopie.
Tu. nu apar toate tranzițiile între nivelurile de energie ale unui atom sau ion dat, ci doar așa-numitele destul de definite, permise (permise).reguli de selecțieîn funcţie de caracteristicile nivelurilor energetice. În cazul unui electron extern, sunt posibile numai tranziții pentru care numărul cuantic azimutal l crește sau scade cu 1; regula de selecţie are forma: D l = ±1. Ca urmare, nivelurile s (l = 0) sunt combinate cu nivelurile p (l = 1), nivelurile p cu nivelurile d (l = 2), etc., ceea ce determină seria spectrală posibilă pentru atomii de metale alcaline, un caz particular al căruia este seria principală de Na (tranziții 3s ® np, unde n = 3, .4, .); alte tranziții sunt interzise de această regulă de selecție. Pentru atomii multielectroni, regulile de selecție sunt mai complexe.
Caracteristica cantitativă a unei tranziții optice permise este probabilitatea acesteia (vezi Fig.Probabilitatea de tranziție) care determină cât de des poate avea loc această tranziție; probabilitatea tranzițiilor interzise este zero. Intensitățile liniilor spectrale depind de probabilitățile de tranziție. În cele mai simple cazuri, probabilitățile de tranziție pentru A. s. pot fi calculate folosind metodemecanica cuantică.
Odată cu studiul Şi. pentru atomii liberi, de interes considerabil estecercetarea schimbărilor în And. sub influenţe externe asupra atomilor. Sub acțiunea unui câmp magnetic sau electric extern, are loc o scindare a nivelurilor de energie ale atomului și o scindare corespunzătoare a liniilor spectrale (vezi Fig.Fenomenul ZeemanȘifenomen crunt).
cercetarea lui A. cu. a jucat un rol important în dezvoltarea ideilor despre structura atomului (vezi.Fizica atomică). Metodele bazate pe studiul A. s. sunt foarte răspândite în diverse domenii ale științei și tehnologiei. La fel de. fac posibilă determinarea unui număr de caracteristici foarte importante ale atomilor și obținerea de informații valoroase despre structura învelișurilor de electroni ale unui atom. Extrem de esențială este utilizarea lui A. s. în emitereanaliza spectrală(după A. cu. emisie), care, datorită sensibilității sale ridicate, vitezei și versatilității, și-a câștigat un loc puternic în metalurgie, minerit, inginerie și în multe alte sectoare ale economiei naționale; Alături de analiza spectrală de emisie, este utilizată cu succes și analiza spectrală de absorbție (conform analizei de absorbție a absorbției).
Lit.: Shpolsky E. V., Atomic Physics, a 5-a ed., vol. 1, M., 1963, vol. 2, M., 1951: Frish S. E., Optical spectra of atomes, M.-L., 1963; Elyashevich M. A., Spectroscopie atomică și moleculară, M., 1962.
Linie galbenă în spectrul atomului de Na (dublet l = 5690 și l = 5696).
Marea Enciclopedie Sovietică M.: „Enciclopedia Sovietică”, 1969-1978
Citește și în TSB:
factor atomicFactorul atomic, o valoare care caracterizează capacitatea unui atom de a împrăștia raze X, electroni sau neutroni incidenti pe el. A. f. determină, în special, dependenţa de intensitate.
flota nuclearăFlota nucleară (militară), un ansamblu de nave de război de diferite clase, având ca principalăsursa de energie centrale nucleare. Subacvatic A. f. - baza șocului nuclear m.