Происхождение атомных спектров

При изменении хотя бы одного квантового числа атом получает или отдает энергию. Это может произойти при взаимодействии атома с ЭМИ, при непосредственном обмене энергией с другими атомами, 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.

Е₃

 

Е₂ i

 

Е₁ k

Е₀

Рис. 11. 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 находится 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 ΔЕ:

V =ΔE/h

Внешние легковозбудимые 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. Наиболее интенсивны резонансные линии, так как вероятность перехода Е₁→Е₀ очень велика.

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.