II.Спектры.Спектральный анализ.

Формула (8) позволяет определить длины волн, излучаемых (поглощаемых) различными атомами вещества. Она выражает закономерность в расположении спектральных линий и называется сериальная формула.Переход с более удаленной орбиты на более близкую связан с испусканием одного фотона – такова причина возникновениялинейчатого спектра испускания, а переход электрона на более дальнюю орбиту при поглощении фотона соответствует возникновениюлинейчатогоспектра поглощения.

Атомные спектры обладают ярко выраженной индивидуальностью, причем их вид определяется не только атомом данного элемента, но и его строением, внешними факторами: температурой, давлением, электрическими и магнитными полями и др.

Получение и анализ спектров играют огромную роль в теоретической и прикладной физике и технике. Изучение спектров испускания и поглощения веществ позволяет установить энергетические уровни и тончайшие детали строения атомов. Знание же спектров атомов и молекул различных химических соединений позволяет проводить спектральный анализ, т.е. устанавливать состав исследуемых тел.

В зависимости от вида перехода, согласно уравнения (8), серии имеют свои наименования:

n1	n2	Серия	Область спектра
1	2,3,4…	Лаймана	Ультрафиолетовая
2	3,4,5…	Бальмера	Видимая
3	4,5,6…	Пашена	Инфракрасная
4	5,6,7…	Брэккета	Инфракрасная
5	6,7,8…	Пфунда	Инфракрасная

Названия серий соответствуют именам ученых, экспериментально нашедших эти серии спектральных линий.

На рисунке приведено изображение спектральных линий серии Бальмера. Спектр постепенно сгущается около некоего предела Н∞, соответствующего значениюn= ∞. Символы Нα, Нβ, Нγ… являются обозначениями линий водорода в серии Бальмера.

Н_αсоответствует длине волны λ = 656,3 н.м – красная линия, т.е. переходу электрона с орбитыn₂= 3 на орбиту сn₁= 2.

По аналогии Н_β→ λ = 486,1 н.м – синяя линия, переход сn₂= 4 наn_{1 =} 2; Н_γ → λ = 434,0 н.м – фиолетовая линия, переход сn₂= 5 наn₁= 2 и т.д.

Сравнение длин волн, вычисленных по формуле (8) и полученных на опыте дает хорошее соответствие.

Каждой орбите с номером nможно сопоставить величину равную:

, (10)

которая получила название спектрального терма.

Разность термов двух орбит nиkдает частоту спектральной линии, возникающей при переходе электрона с одной орбиты на другую.

Перейдем теперь к спектрам поглощения.

Переход электрона с более близких к ядру орбит на более удаленные связан с увеличением энергии атома и может происходить только при поглощении атомом соответствующей энергии. Так, например, для перехода с первой орбиты на третью атом должен поглотить количество энергии, равное:

Е₃ – E₁= hν_1,3

Именно эту энергию атом отдает с испускаемым фотоном при переходе с третьей орбиты на первую. Следовательно, переход с первой на третью орбиту возможен при поглощении атомом фотона частоты ν_1,3. То же относится и к любым другим переходам с поглощением: атом способен поглощать лишь те частоты, которые испускает сам.

Спектр поглощения возникает при прохождении излучения с непрерывным спектром через толщу глаза. Например, спектр поглощения звезд или Солнца возникает при прохождении потока излучения, испускаемого плотной фотосферой (непрерывный спектр), через разреженную атмосферу звезды.

Из этого потока излучения атомы будут поглощать излучение характерных частот. Следовательно, относительная интенсивность этих частот в спектре будет убывать – на соответствующих местах непрерывного спектра возникнут «черные» линии.

Характер образующегося таким образом спектра поглощения зависит от многих обстоятельств. Трудности идентификации водорода и других элементов по их спектрам (испускания или поглощения) являются отнюдь не простыми. Подчеркнем еще раз, что весьма удобный и чувствительный спектральный анализ не является столь простым, как это часто представляется, и требует тщательного физического анализа каждой практической задачи.