stringtranslate.com

Диффузная серия

Диффузная серия — это серия спектральных линий в спектре атомной эмиссии, возникающая, когда электроны перескакивают между самой низкой p-орбиталью и d-орбиталями атома. Полный орбитальный угловой момент изменяется между 1 и 2. Спектральные линии включают некоторые из видимого света и могут простираться в ультрафиолетовый или ближний инфракрасный диапазон. Линии становятся все ближе и ближе друг к другу по мере увеличения частоты, никогда не превышая предела серии. Диффузная серия сыграла важную роль в развитии понимания электронных оболочек и подоболочек в атомах. Диффузная серия дала букву d атомной орбитали или подоболочке d .

Диффузный ряд имеет значения, заданные формулой

Диаграмма Гротриана для натрия. Диффузный ряд обусловлен 3p-nd переходами, показанными здесь синим цветом.

Серия вызвана переходами из самого низкого состояния P в более высокие энергетические орбитали D. Один из терминов для идентификации линий: 1P-mD [1] Но следует отметить, что 1P просто означает самое низкое состояние P в валентной оболочке атома, а современное обозначение начинается с 2P и больше для атомов с более высоким атомным номером.

Термины могут иметь разные обозначения: mD для систем с одной линией, mδ для дублетов и md для триплетов. [2]

Поскольку электрон в состоянии подоболочки D не является самым низким энергетическим уровнем для щелочного атома (S является), диффузная серия не будет проявляться как поглощение в холодном газе, однако она проявляется как линии испускания. Поправка Ридберга является наибольшей для члена S, поскольку электрон проникает во внутреннее ядро ​​электронов больше.

Предел для ряда соответствует электронной эмиссии , когда электрон имеет столько энергии, что он покидает атом. [3]

В щелочных металлах члены P расщепляются и . Это приводит к тому, что спектральные линии являются дублетами , с постоянным расстоянием между двумя частями двойной линии. [4]

Это расщепление называется тонкой структурой. Расщепление больше для атомов с большим атомным номером. Расщепление уменьшается по направлению к пределу серии. Другое расщепление происходит на более красной линии дублета. Это происходит из-за расщепления на уровне D и . Расщепление на уровне D имеет меньшую величину, чем на уровне P, и оно уменьшается по мере приближения к пределу серии. [5]

История

Диффузная серия раньше называлась первой подчиненной серией, а резкая серия — второй подчиненной, обе они были подчинены (менее интенсивны, чем) главная серия . [2]

Законы для щелочных металлов

Предел диффузной серии совпадает с пределом резкой серии . В конце 1800-х годов эти два ряда были названы дополнительными.

Спектральные линии диффузной серии расщепляются на три линии в так называемой тонкой структуре . Эти линии заставляют общую линию выглядеть диффузной. Причина этого в том, что уровни P и D расщепляются на две близко расположенные энергии. P расщепляется на . D расщепляется на . Только три из возможных четырех переходов могут иметь место, поскольку изменение углового момента не может иметь величину больше единицы. [6]

В 1896 году Артур Шустер сформулировал свой закон: «Если мы вычтем частоту основного колебания из частоты сходимости основного ряда, мы получим частоту сходимости дополнительного ряда». [7] Но в следующем выпуске журнала он понял, что Ридберг опубликовал эту идею несколькими месяцами ранее. [8]

Закон Ридберга-Шустера: Используя волновые числа, можно определить разницу между диффузным и резким пределами серии и пределом основной серии, как и первый переход в основной серии.

Эта разница является самым низким уровнем P. [9]

Закон Рунге: При использовании волновых чисел разница между пределом диффузного ряда и пределом фундаментального ряда такая же, как первый переход в диффузном ряду.

Эта разница представляет собой самую низкую энергию уровня D. [9]

Литий

Литий имеет диффузную серию с диффузными линиями, усредненными около 6103,53, 4603,0, 4132,3, 3915,0 и 3794,7 Å. [10]

Натрий

График, показывающий длины волн диффузного ряда натрия, построенные против N −2 (обратный квадрат), предполагая различную начальную точку n. Синий ромб начинается с n=2, красный квадрат начинается с n=3, зеленый треугольник начинается с n=4, фиолетовый X начинается с n=5. Только при начальном n = 3 достигается прямая линия [11]

Натриевый диффузный ряд имеет волновые числа, определяемые следующим образом:

Острый ряд имеет волновые числа, определяемые следующим образом:

когда n стремится к бесконечности, диффузный и острый ряды заканчиваются одним и тем же пределом. [11]

Калий

Щелочноземельные металлы

Диффузная серия триплетных линий обозначается буквой серии d и формулой 1p-md . Диффузная серия синглетных линий имеет букву серии S и формулу 1P-mS . [3]

Гелий

Гелий находится в той же категории, что и щелочноземельные металлы с точки зрения спектроскопии, поскольку он имеет два электрона в подоболочке S, как и другие щелочноземельные металлы. Гелий имеет диффузную серию дублетных линий с длинами волн 5876, 4472 и 4026 Å. Гелий в ионизированном состоянии называется He II и имеет спектр, очень похожий на водород, но смещенный в сторону более коротких длин волн. Он также имеет диффузную серию с длинами волн 6678, 4922 и 4388 Å. [14]

Магний

Магний имеет диффузную серию триплетов и резкую серию синглетов. [3]

Кальций

Кальций имеет диффузную серию триплетов и острую серию синглетов. [15]

Стронций

В случае паров стронция наиболее заметные линии относятся к диффузной серии. [16]

Барий

Барий имеет диффузный ряд, простирающийся от инфракрасного до ультрафиолетового с длинами волн 25515,7, 23255,3, 22313,4; 5818,91, 5800,30, 5777,70; 4493,66, 4489,00; 4087,31, 4084,87; 3898,58, 3894,34; 3789,72, 3788,18; 3721,17 и 3720,85 Å [17]

История

В Кембриджском университете Джордж Ливинг и Джеймс Дьюар приступили к систематическому измерению спектров элементов из групп I , II и III в видимом свете и более длинноволновом ультрафиолете, который мог бы передаваться через воздух. Они заметили, что линии для натрия чередовались резкими и диффузными. Они были первыми, кто использовал термин «диффузный» для линий. [18] Они классифицировали спектральные линии щелочных металлов на резкие и диффузные категории. В 1890 году линии, которые также появлялись в спектре поглощения, были названы главной серией . Ридберг продолжил использовать резкие и диффузные для других линий, [19] тогда как Кайзер и Рунге предпочли использовать термин первая подчиненная серия для диффузной серии. [20]

Арно Бергманн обнаружил четвертую серию в инфракрасном диапазоне в 1907 году, и она стала известна как серия Бергмана или фундаментальная серия. [20]

Генрих Кайзер , Карл Рунге и Иоганнес Ридберг нашли математические соотношения между волновыми числами линий излучения щелочных металлов. [21]

Фридрих Хунд ввел обозначения s, p, d, f для подоболочек в атомах. [21] [22] Другие последовали этому примеру в 1930-х годах, и эта терминология сохранилась до наших дней.

Ссылки

  1. ^ Фаулер, А. (1924). «Происхождение спектров». Журнал Королевского астрономического общества Канады . 18 : 373–380. Bibcode :1924JRASC..18..373F.
  2. ^ ab Saunders, FA (1915). "Некоторые недавние открытия в спектральных рядах". Astrophysical Journal . 41 : 323. Bibcode : 1915ApJ....41..323S. doi : 10.1086/142175.
  3. ^ abc Saunders, FA (1915). «Некоторые недавние открытия в спектральных рядах». Astrophysical Journal . 41 : 323–327. Bibcode : 1915ApJ....41..323S. doi : 10.1086/142175.
  4. ^ Ридберг, Дж. Р. (1897). «Новая серия в спектре водорода». Astrophysical Journal . 6 : 233–236. Bibcode : 1897ApJ.....6..233R. doi : 10.1086/140393.
  5. ^ Бэнд, Йехуда Б. (14 сентября 2006 г.). Свет и материя: электромагнетизм, оптика, спектроскопия и лазеры. John Wiley. ISBN 9780471899310. Получено 3 июля 2015 г.
  6. ^ Бэнд, Йехуда Б. (2006-09-14). Свет и материя: электромагнетизм, оптика, спектроскопия и лазеры. John Wiley & Sons . стр. 321–322. ISBN 9780471899310. Получено 10 января 2014 г.
  7. ↑ Шустер, Артур (31 декабря 1986 г.). «О новом законе, связывающем периоды молекулярных колебаний». Nature . 55 (1418): 200–201. Bibcode :1896Natur..55..200S. doi : 10.1038/055200a0 .
  8. ^ Шустер, Артур (7 января 1987 г.). «О новом законе, связывающем периоды молекулярных колебаний». Nature . 55 (1419): 223. Bibcode :1897Natur..55..223S. doi :10.1038/055223a0. S2CID  4054702.
  9. ^ ab Атомная, молекулярная и лазерная физика. Кришна Пракашан Медиа. п. 2.59.
  10. ^ атомные спектры и векторная модель. том 1. спектры серий. Архив CUP . стр. 19. ISBN 9781001286228.
  11. ^ ab Sala, O.; Araki, K.; Noda, LK (сентябрь 1999 г.). "Процедура получения эффективного ядерного заряда из атомного спектра натрия" (PDF) . Журнал химического образования . 76 (9): 1269. Bibcode :1999JChEd..76.1269S. doi :10.1021/ed076p1269.
  12. ^ Wiese, W.; Smith, MW; Miles, BM (октябрь 1969). Вероятности атомных переходов, том II. Натрий через кальций. Критическая подборка данных . Вашингтон: Национальное бюро стандартов. С. 39–41.
  13. ^ Wiese, W.; Smith, MW; Miles, BM (октябрь 1969). Вероятности атомных переходов, том II, от натрия до кальция. Критическая подборка данных (PDF) . Вашингтон: Национальное бюро стандартов. С. 228–230. Архивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 г.
  14. ^ Saunders, FA (1919). «Обзор последних работ по спектральным сериям гелия и водорода». Astrophysical Journal . 50 : 151–154. Bibcode : 1919ApJ....50..151S. doi : 10.1086/142490 .
  15. ^ Saunders, FA (декабрь 1920 г.). «Пересмотр серии в спектре кальция». The Astrophysical Journal . 52 (5): 265. Bibcode : 1920ApJ....52..265S. doi : 10.1086/142578.
  16. ^ Saunders, FA (1922). «Пересмотр серии в спектре стронция». Astrophysical Journal . 56 : 73–82. Bibcode : 1922ApJ....56...73S. doi : 10.1086/142690.
  17. ^ Saunders, FA (1920). «Пересмотр серии в спектре бария». Astrophysical Journal . 51 : 23–36. Bibcode : 1920ApJ....51...23S. doi : 10.1086/142521.
  18. ^ Бранд, Джон Чарльз Друри (1995-10-01). Линии света: источники дисперсионной спектроскопии, 1800-1930. CRC Press . стр. 123–. ISBN 9782884491624. Получено 30 декабря 2013 г.
  19. ↑ Ридберг, Дж. Р. (апрель 1890 г.). «XXXIV. О структуре линейчатых спектров химических элементов». Philosophical Magazine . Серия 5. 29 (179): 331–337. doi :10.1080/14786449008619945.
  20. ^ ab Mehra, Jagdish ; Rechenberg, Helmut (2001-01-01). Историческое развитие квантовой теории. Springer. стр. 165–166. ISBN 9780387951744. Получено 30 декабря 2013 г.
  21. ^ ab Уильям Б. Дженсен (2007). «Происхождение орбитальных меток S, p, d, f». Журнал химического образования . 84 (5): 757–758. Bibcode : 2007JChEd..84..757J. doi : 10.1021/ed084p757.
  22. ^ Хунд, Фридрих (1927). Linienspektren und Periodisches System der Elemente . Struktur der Materie в Einzeldarstellungen. Том. 4. Спрингер. стр. 55–56. ISBN 9783709156568.