ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Происхождение характеристических спектров из "Физико-химические методы анализа Изд4" Рассматривая происхождение характеристических атомных спектров, воспользуемся моделью атома, предложенной Н. Бором. По Бору, электроны в атоме движутся вокруг положительного ядра по замкнутым круговым или элиптическим орбитам. Электроны, которых Б атоме может быть много (более ста в атомах трансурановых элементов), распределяются по разным орбитам, образуя электронные оболочки. Оболочки содержат, как правило, несколько подоболочек. По мере увеличения числа электронов в атоме, т. е. с увеличением номера элемента в периодической таблице Менделеева, электроны заполняют оболочки и нодоболочки в определенном порядке. Строго последовательное заполнение подоболочек происходит только до элемента калия (19-го), у последующих элементов более далекие оболочки нередко заполняются ранее более близких. При переходе к элементам с еще большим атомным номером внутренние оболочки достраиваются . [c.165] Электроны самой внешней оболочки называются валентными (оптическими) электронами. [c.166] Порядок распределения электронов по оболочкам не изменяется до тех пор, пока атом не испытывает воздействий, при которых его внутренняя энергия увеличивается, например, при соударениях с другими движуш,имися атомами, с ионами или электронами за счет кинетической энергии этих частиц, а также под действием электромагнитных излучений, например света или рентгеновского излучения. [c.166] Соударения с движущимися частицами или взаимодействие с излучением при определенных условиях приводят к следующим результатам а) оптический электрон переводится на более далекую от ядра замкнутую орбиту (такой атом называют возбужденным) б) оптический электрон выбивается из атома (ионизованный атом) в) одий из внутренних электронов выбивается из атома (ионизованный атом). [c.166] Результат взаимодействия зависит от величины кинетической энергии соударяющихся частиц и от энергии излучения. [c.166] Состояние ионизации, или возбуждения, неустойчиво и не может продолжаться длительное время. Атом, потерявший оптический электрон, встречаясь со свободным электроном, захватывает его, т, е. рекомбинирует , и вновь становится нейтральным. Если из атома выбит внутренний электрон, то его место самопроизвольно занимает электрон с более удаленной от ядра внутренней оболочки. Валентный электрон возбужденного атома при определенных условиях может самопроизвольно перейти на более низкую орбиту или же перейти на нее в результате соударения со свободным электроном или другой частицей. При рекомбинации и самопроизвольных переходах в нутр и атомных электронов на более изкую орбиту атом отдает избыточную энергию в виде электромагнитного излучения — оптического или рентгеновского. [c.166] В случае перехода внутренних электронов наблюдается характеристическое рентгеновское излучение, в случае переходов валентных (оптических) электронов—более длинноволновое оптическое характеристическое излучение. Излучение, связанное с рекомбинацией, не характеристично. [c.166] Атом каждого элемента имеет свою систему энергетических уров-ней. На рис. 102 стрелками, направленными вверх, показаны энергетические переходы при возбуждении атома, а стрелками, направленными вниз,—переходы, связанные с потерей энергии. Если между рассматриваемыми уровнями имеются еще и другие, то возможны не только прямые, но и ступенчатые переходы, при которых атом возвращает накопленную энергию не в один, а в несколько приемов. Возбуждение атома на более высокий уровень также может происходить ступенями для этого атом, не возвращаясь в более низкое энергетическое состояние, должен претерпеть несколько последовательных соударений. [c.167] Частота линий з величивается, а длина волны уменьшается с увеличением разности энергий верхнего и нижнего уровней. При переходах оптических электронов длина волны света принимает различные значения в пределах от десятков до приблизительно десяти тысяч ангстрем . [c.168] Излучение какой-либо одной длины волны (монохроматическое излучение), соответствуюшее определенному энергетическому переходу в атоме, называют спектральной линией (см. стр. 192). [c.168] Поскольку атомы каждого элемента имеют свою специфическую систему энергетических уровней, то они способны излучать характеристические для данного элемента спектральные линии. Измерив заранее длины волн этих линий, можно в дальнейшем различать элементы по виду излучаемых ими спектров. [c.168] Характеристические линии оптического спектра испускаются в том случае, когда атомы (ионы) в достаточной мере изолированы друг от друга и не испытывают взаимодействий, искажающих систему энергетических уровней, характерную для каждого элемента. Для анализа по оптическим спектрам вещество переводят в парообразное состояние, так чтобы молекулы его могли диссоциировать с образованием свободных атомов (ионов). [c.168] Каждая спектральная линия в зависимости от энергии верхнего уровня характеризуется значением потенциа.га возбуждения его измеряют Ь электронвольтах эв). Один электронвольт равен кинетической энергии, которую приобретает один электрон в электрическом поле, проходя в нем разность потенциалов в 1 е. [c.169] Атомы элементов отличаются также значениями потенциалов ионизации У . Наименьший потенциал ионизации у щелочных металлов, наибольший—у инертных газов и у водорода. [c.169] Линии с общим нижним и разными верхними уровнями образуют серию спектральных линий. В спектре элемента может быть много таких серий. Общее число серий и линий в спектре элемента зависит от числа электронов в атоме и от их распределения по оболочкам. Сложные спектры с большим числом линий имеют элементы Ре, Со, Сг, , Та, Мо, ЫЬ, 2г и редкоземельные эле-лменты. Наиболее простые спектры у водорода и щелочных металлов. [c.169] Положительные ионы, так же как и нейтральные атомы, при соответствующих условиях могут быть возбуждены и излучать характерные спектры. Спектры ионов отличаются от спектров соответствующих нейтральных атомов числом линий н их длиной волны. Элементы характеризуются, таким образом, не только спектрами нейтральных атомов, но и спектрами своих ионов. [c.169] Чем больше потенциал возбуждения спектральной линии, тем выше должна быть температура электронов в источнике света, чтобы эти линии возбуждались. [c.170] Атомные (линейчатые) спектры поглощения. При поглощении кванта света (спектральной линии) атомы переходят в более высокое энергетическое состояние. Из всего сказанного выше следует, что атомы способны поглощать только характеристическое излучение, соответствующее их системе энергетических уровней. Длина волны линий, поглощаемых атомами элемента, совпадает с длиной волны линий его характеристического спектра испускания. Поэтому можно различать элементы по их атомным спектрам поглощения и, следовательно, по линейчатому спектру поглощения судить об атомарном составе парообразного вещества. [c.170] Для того чтобы наблюдать линейчатый спектр поглощения, обычно освещают исследуемое газообразное вещество источником света с непрерывным спектром (например, лампой накаливания), в котором представлены все возможные частоты в интересующей исследователя области длин волн, а свет, прошедший через исследуемое вещество, разлагают в спектр. В полученном спектре интенсивность света в области характеристических частот будет меньше интенсивности ближайших соседних участков спектра. Поэтому на фоне сплошного спектра появляются темные линии. [c.170] В аналитических целях пользуются источниками света, испускающими линейчатый спектр определяемого элемента и измеряют ослабление только одной из линий этого элемента после прохождения света через пары анализируемого вещества. [c.170] Вернуться к основной статье