ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Атомные спектры. Развитие квантовых представлений в химии из "Общая и неорганическая химия" Атомы В возбужденном состоянии способны испускать или поглощать излучение определенных длин волн (или определенных частот), поэтому атомные спектры строго индивидуальны для данного химического элемента. [c.11] Атомный (элементный) анализ наиболее часто проводят по спектрам испускания - эмиссионный впектральный анализ. Исследуемое вещество вводят в источник излучения, где вещество диссоциирует на атомы, которые переходят в возбужденное состояние. Испускаемое ими излучение разлагается в спектр, для чего его пропускают через призму из стекла или из кварца. Спектр регистрируют на фотографической пластинке или другими способами. Для возбуждения спектра и его регистрации применяют спектральные приборы - спектрографы (рис. 1.1). [c.11] Спектры, получаемые разложением испускаемого телами излучения, по виду разделяют на линейчатые, полосатые и непрерывные. Установлено, что линейчатый спектр получается от излучения, испускаемого атомами, а полосатый - молекулами. Применение спектрографов высокой разрешающей способности показывает, что полосы состоят из большого числа линий, расположенных очень близко друг к другу. Атом каждого элемента и молекула индивидуального вещества имеют свой характерный спектр, который состоит из совершенно определенного набора линий или полос, отвечающих соответствующим значениям длин волн. В данном разделе рассмотрены атомные спектры. Примеры таких спектров показаны на рис. 1.2, на котором помимо шкалы длин волн нанесена шкала волновых чисел . [c.11] Входящая в эту формулу константа К называется постоянной Ридберга. [c.12] При изучении спектра водорода в дальней УФ и инфракрасной (ИК) областях было обнаружено еще несколько серий линий, названных по имени исследовавших их ученых сериями Лаймана (УФ-область), Пашена, Брэкетта и Пфунда (ИК-область). Оказалось, что волновые числа линий этих серий выражаются формулами, аналогичными формуле БaJ ьмepa, содержащими вместо 2 соответственно 1 , 3 , 4 и 5 . [c.12] Как видно из (1.4), число линий в спектре водорода бесконечно велико (по краям серий, соответствующим большим значениям пг, линии располагаются очень близко друг к другу и становятся трудно различимыми). Таким образом, большое число линий, наблюдаемых в спектре водорода, описывается весьма простой зависимостью. [c.13] В дальнейшем Эйнштейн распространил представления Планка о дискретности энергии на электромагнитное излучение, указав, что его можно рассматривать как поток квантов (см. разд. 1.3). [c.14] Поскольку каждая спектральная линия характеризуется строго определенной длиной волны, а следовательно, и строго определенной частотой, то это означает, что атомы могут испускать или поглощать кванты света только строго определенной энергии, которая для каждой спектральной линии может быть вычислена по уравнению (1.8). [c.14] Таким образом, спектральные термы характеризуют энергию электронов в атомах. Спектр каждого атома имеет свой набор термов, следовательно, у электронов в данном атоме могут быть не какие угодно, а только строго определенные энергии. Когда какая-либо величина имеет ряд строго определенных дискретных значений, говорят, что она квантована. Отсюда следует, что теория строения атома должна объяснить квантование энергии Е электронов в атомах и указать способ вычисления значений Е, которые с большой точностью определяют из спектра.льных данных по соотношению (1.10). [c.14] Значение энергаи электрона в атоме согласно (1.10) получается со знаком минус. Это связано с тем, что за состояние с нулевой энергией принимают то, в которог злектрон с кинетической энергией, равной нулю, удален от ядра на бесконечно большое расстояние, и по мере приближения электрона к ядру атома энергия электрона уменьшается, т. е. становится отрицательной величиной, абсолютное значение которой растет с уменьшением расстояния между электроном и ядром. [c.15] Так как энергия электронов в атомах квантована, то говорят, что в атомах существуют определенные уровни энергии, или энергетические уровни электронов. [c.15] Совокупность энергетических уровней в атоме составляет его энергетический спектр. Переходом электрона с одного энергетического уровня на последующий (более высокий или более низкий) объясняется происхождение линий в атомных спектрах испускания или поглощения. Таким образом, дискретному энергетическому спектру атома соответствует его оптический спектр. Изучение молекулярных спектров приводит к выводу, что и в молекулах имеется набор дозволенных уровней энергии электронов (см. разд. 2.3). Уровни энергии в атоме водорода представлены на рис. 1.4, который объясняет также возникновение спектральных линий при переходе электрона с одного уровня энергии на другой . [c.15] Современные приборы для изучения спектров отличаются высокой точностью. Так, длины волн спектральных линий обычно определяют с точностью порядка 0,0001%, а часто и значительно более высокой. [c.15] Кроме спектральных данных имеется много других фактов, свидетельствующих о том, что электроны в атоме обладают строго определенными энергиями. [c.16] Следовательно, радиус первой боровской орбиты, обозначаемый Оо, составляет 52,9 пм, что согласуется по порядку величины с известными размерами атомов. Величина ао имеет большое значение в теории строения атома. [c.16] Последующим развитием теории Бора явилась теория строения многоэлектронных атомов, разработанная (1916-1925 гг.) Зом-мерфельдом (Германия). Ученым было предположено, что стационарные орбиты в атомах могут быть не только круговыми, но и эллиптическими и могут различным образом располагаться в пространстве. При этом размеры орбит и их расположение в пространстве задавались правилами квантования, представляющими обобщение уравнения (1.12). С помощью этой теории удалось объяснить многие закономерности, характерные для спектров. Вместе с тем теория Бора - Зоммерфельда имеет ряд неустранимых недостатков, что обусловило необходимость ее замены более совершенными представлениями. Главные недостатки теории Бора-Зоммерфельда таковы. [c.17] Вернуться к основной статье