stringtranslate.com

Диффузная серия

Диффузная серия — это серия спектральных линий в спектре атомного излучения , возникающая, когда электроны перепрыгивают между низшими p-орбиталями и d-орбиталями атома. Полный орбитальный угловой момент изменяется от 1 до 2. Спектральные линии включают часть видимого света и могут простираться до ультрафиолетового или ближнего инфракрасного диапазона. 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, определяемые выражением

Диаграмма Гротриана для натрия. Диффузная серия возникает из-за 3p-переходов, показанных здесь синим цветом.

Серия вызвана переходами от низшего P-состояния к D-орбиталям с более высокой энергией. Одна из терминологий для обозначения линий такова: 1P-mD [1] Но обратите внимание, что 1P просто означает самое низкое P-состояние в валентной оболочке атома и что современное обозначение начинается с 2P и больше для атомов с более высокими атомными номерами.

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

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

Предел серии соответствует эмиссии электронов , когда электрон имеет столько энергии, что покидает атом. [3]

В щелочных металлах термины P разделены и . Это приводит к тому, что спектральные линии представляют собой дублеты с постоянным расстоянием между двумя частями двойной линии. [4]

Такое расщепление называется тонкой структурой. Расщепление больше для атомов с более высоким атомным номером. Расщепление уменьшается к пределу серии. Еще одно расщепление происходит на более красной линии дублета. Это происходит из-за разделения 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

Диффузную серию раньше называли первой подчиненной серией, а острую серию - второй подчиненной, причем обе были подчинены (менее интенсивны, чем) главной серии . [2]

Законы о щелочных металлах

Предел диффузной серии такой же, как и предел резкой серии . В конце 1800-х годов эти две серии были названы дополнительными сериями.

Спектральные линии диффузной серии расщепляются на три линии, образуя так называемую тонкую структуру . Эти линии заставляют общую линию выглядеть размытой. Причина, по которой это происходит, заключается в том, что уровни P и D расщепляются на две близко расположенные энергии. P разделяется на . D разделен 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 основной вибрации из частоты сходимости основного ряда, мы получим частоту сходимости дополнительного ряда». [7] Но в следующем номере журнала он понял, что Ридберг опубликовал эту идею несколькими месяцами ранее. [8]

Закон Ридберга Шустера: используя волновые числа, разница между пределами диффузного и резкого ряда и пределом основного ряда такая же, как и первый переход в главном ряду.

Эта разница является самым низким уровнем P. [9]

Закон Рунге: Используя волновые числа, разница между пределом диффузной серии и пределом фундаментальной серии такая же, как и первый переход в диффузной серии.

Эта разница и есть энергия нижнего уровня D. [9]

Литий

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

Натрий

График, показывающий длину волны диффузного ряда натрия в зависимости от N -2 (обратный квадрат) с учетом различных начальных точек 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 начиная с n из 3 достигается прямая линия [11]

Диффузная серия натрия имеет волновые числа, определяемые следующим образом:

Острая серия имеет волновые числа, определяемые следующим образом:

когда n стремится к бесконечности, диффузная и резкая серии имеют один и тот же предел. [11]

Калий

Щелочные земли

Размытая 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 относится к той же категории, что и щелочноземельные металлы, с точки зрения спектроскопии, поскольку у него есть два электрона в подоболочке S, как и у других щелочноземельных металлов. Гелий имеет размытую серию дублетных линий с длинами волн 5876, 4472 и 4026 Å. Ионизированный гелий называется He II и имеет спектр, очень похожий на спектр водорода, но сдвинутый в сторону более коротких волн. Он также имеет диффузную серию с длинами волн 6678, 4922 и 4388 Å. [14]

Магний

У магния имеется диффузный ряд триплетов и резкий ряд синглетов. [3]

Кальций

Кальций имеет диффузный ряд триплетов и резкий ряд синглетов. [15]

Стронций

В парах стронция наиболее заметные линии относятся к диффузному ряду. [16]

Барий

Барий имеет диффузную серию от инфракрасного до ультрафиолета 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 начали систематически измерять спектры элементов групп I , II и III в видимом свете и длинноволновом ультрафиолете, который передается через воздух. Они заметили, что линии натрия чередуются резкие и размытые. Они были первыми, кто использовал термин «диффузные» для обозначения линий. [18] Они разделили спектральные линии щелочных металлов на острые и размытые. В 1890 линии, появляющиеся также в спектре поглощения, были названы основной серией . Ридберг продолжал использовать резкие и диффузные линии для остальных линий [19] , тогда как Кайзер и Рунге предпочитали 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 Йоханнес Ридберг нашли математические зависимости между волновыми числами эмиссионных линий щелочных металлов. [21]

Фридрих Хунд ввел обозначения s, p, d, f для подоболочек в атомах. [21] [22] Другие последовали этому использованию в 1930-х годах, и эта терминология сохранилась и по сей день.

Рекомендации

  1. ^ Фаулер, А. (1924). «Происхождение спектров». Журнал Королевского астрономического общества Канады . 18 : 373–380. Бибкод : 1924JRASC..18..373F.
  2. ^ аб Сондерс, Ф.А. (1915). «Некоторые недавние открытия в серии Spectrum». Астрофизический журнал . 41 : 323. Бибкод : 1915ApJ....41..323S. дои : 10.1086/142175.
  3. ^ abc Сондерс, Ф.А. (1915). «Некоторые недавние открытия в серии Spectrum». Астрофизический журнал . 41 : 323–327. Бибкод : 1915ApJ....41..323S. дои : 10.1086/142175.
  4. ^ Ридберг, младший (1897). «Новая серия в спектре водорода». Астрофизический журнал . 6 : 233–236. Бибкод : 1897ApJ.....6..233R. дои : 10.1086/140393.
  5. ↑ Группа, Иегуда Б. (14 сентября 2006 г.). Свет и материя: электромагнетизм, оптика, спектроскопия и лазеры. Джон Уайли. ISBN 9780471899310. Проверено 3 июля 2015 г.
  6. ^ Группа, Иегуда Б. (14 сентября 2006 г.). Свет и материя: электромагнетизм, оптика, спектроскопия и лазеры. Джон Уайли и сыновья . стр. 321–322. ISBN 9780471899310. Проверено 10 января 2014 г.
  7. ↑ Шустер, Артур (31 декабря 1986 г.). «О новом законе, связывающем периоды колебаний молекул». Природа . 55 (1418): 200–201. Бибкод : 1896Natur..55..200S. дои : 10.1038/055200a0 .
  8. ↑ Шустер, Артур (7 января 1987 г.). «О новом законе, связывающем периоды колебаний молекул». Природа . 55 (1419): 223. Бибкод : 1897Natur..55..223S. дои : 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. Серия спектров. Архив Кубка . п. 19. ISBN 9781001286228.
  11. ^ Аб Сала, О.; Араки, К.; Нода, ЛК (сентябрь 1999 г.). «Процедура получения эффективного ядерного заряда из атомного спектра натрия» (PDF) . Журнал химического образования . 76 (9): 1269. Бибкод : 1999JChEd..76.1269S. дои : 10.1021/ed076p1269.
  12. ^ Визе, В.; Смит, Миссури; Майлз, Б.М. (октябрь 1969 г.). Вероятности атомного перехода, том II, натрий через кальций. Сборник важных данных . Вашингтон: Национальное бюро стандартов. стр. 39–41.
  13. ^ Визе, В.; Смит, Миссури; Майлз, Б.М. (октябрь 1969 г.). Вероятности атомного перехода, том II, натрий через кальций. Сборник критических данных (PDF) . Вашингтон: Национальное бюро стандартов. стр. 228–230. Архивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 г.
  14. ^ Сондерс, Ф.А. (1919). «Обзор последних работ по серийным спектрам гелия и водорода». Астрофизический журнал . 50 : 151–154. Бибкод : 1919ApJ....50..151S. дои : 10.1086/142490 .
  15. ^ Сондерс, Ф.А. (декабрь 1920 г.). «Ревизия ряда в спектре кальция». Астрофизический журнал . 52 (5): 265. Бибкод : 1920ApJ....52..265S. дои : 10.1086/142578.
  16. ^ Сондерс, ФА (1922). «Ревизия ряда по спектру стронция». Астрофизический журнал . 56 : 73–82. Бибкод : 1922ApJ....56...73S. дои : 10.1086/142690.
  17. ^ Сондерс, ФА (1920). «Ревизия ряда в спектре бария». Астрофизический журнал . 51 : 23–36. Бибкод : 1920ApJ....51...23S. дои : 10.1086/142521.
  18. ^ Брэнд, Джон Чарльз Друри (1 октября 1995 г.). Линии света: источники дисперсионной спектроскопии, 1800-1930 гг. ЦРК Пресс . стр. 123–. ISBN 9782884491624. Проверено 30 декабря 2013 г.
  19. ^ Ридберг, младший (апрель 1890 г.). «XXXIV. О строении линейчатых спектров химических элементов». Философский журнал . Серия 5. 29 (179): 331–337. дои : 10.1080/14786449008619945.
  20. ^ аб Мехра, Джагдиш ; Рехенберг, Хельмут (1 января 2001 г.). Историческое развитие квантовой теории. Спрингер. стр. 165–166. ISBN 9780387951744. Проверено 30 декабря 2013 г.
  21. ^ AB Уильям Б. Дженсен (2007). «Происхождение орбитальных меток S, p, d, f». Журнал химического образования . 84 (5): 757–758. Бибкод : 2007JChEd..84..757J. дои : 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.