Энергетические уровни атомов. Спектр излучения

Опыты по рассеянию -частиц обнаружили существование в атомах тяжелого положительного ядра и электронной оболочки. Энергия электрона: , n=1,2…. Энергия атома не может изменяться непрерывно. Она изменяется скачками на определенные, конечные порции, различные для разных атомов. При излучении электрон переходит с одной стационарной орбиты на другую, поэтому: – энергия кванта равна разности начальной и конечной энергии. Энергия атома не может быть любой, а может принимать только некоторые избранные значения, характерные для каждого атома.

Вырожденный уровень – некоторому значению энергии соответствуют несколько состояний. Кратность вырождения для атома водорода: , l – определяющая величину момента импульса.

Спектр излучения – относительная интенсивность электромагнитного излучения объекта исследования по шкале частот.

Опыт Штерна и Герлаха.

В этом опыте пучок атомов пропускался через пространство между 2 полюсами магнитов и попадал на экран. Полюса были таковы, что существовала только компонента и . Атомы обладают моментом и магнитным моментом равны сумме соответствующих внешних электронов. По классической теории, на экране должен образоваться сплошной свет, но в опыте на экране возникали симметрично расположенные полосы, число которых определялось химическим элементом. Опыт говорит о том, что проекции магнитного момента на некоторую ось могут принимать только некоторый дискретный набор значений. Это явление получило название пространственного квантования.

 

Магнитомеханические эффекты.

Намагничивание некоторого тела при помещении его во внешнее магнитное поле приводит к возникновению механического момента у тела – оно начинает вращаться. Если привести тело в быстрое вращение, то тело начинает намагничиваться. В отсутствии закона сохранения момента импульса кристаллическая решетка и соответственный стержень приобретают механический момент направленный по полю. Магнитный и механический моменты связаны соотношением: .

 

Принцип Паули. Принцип тождественности, периодическая система элементов.

Если тождественные частицы имеют одинаковые квантовые числа, то их волновая функция симметрична относительно перестановки частиц. Отсюда следует, что два одинаковых фермиона, входящих в одну систему, не могут находиться в одинаковых состояниях, т.к. для фермионов волновая функция должна быть антисимметричной. Фермионы – частицы, обладающие полуцелым сплином.

Принцип Паули: В определённом состоянии может находиться не более одного фермиона. Для электрона это значит, что в состоянии с заданными квантовыми числами (n,l,m, ) может находиться не более одного электрона. Принцип Паули позволяет объяснить, почему электроны в атоме не переходят все сразу в основное состояние с моментальной энергией. На основе принципа Паули объясняется периодическая система.

 

Закон Мозли. Рентгеновские спектры.

При бомбардировке анода электронами наблюдается рентгеновское измерение, он бывает 2х типов: тормозное и характеристическое. При слишком большой энергии электронов наблюдается тормозное рентгеновское излучение имеющее непрерывный спектр – совокупность резких линий отвечающих определённым частотам.

Закон Мозли — закон, связывающий частоту спектральных линий характеристического рентгеновского излучения атома химического элемента с его порядковым номером. Согласно Закону Мозли, корень квадратный из частоты спектральной линии характеристического излучения элемента есть линейная функция его порядкового номера z: , где R — постоянная Ридберга, — постоянная экранирования, n — главное квантовое число. На диаграмме Мозли зависимость от Z представляет собой ряд прямых (К-, L-, М- и т. д. серии, соответствующие значениям n = 1, 2, 3,...).

Спектры молекул (МС).

МС - спектры поглощения, испускания или рассеяния, возникающие при квантовых переходах молекул из одного энергетического состояния в другое. MС определяются составом молекулы, её структурой, характером химической связи и взаимодействием с внешними полями (и, следовательно, с окружающими её атомами и молекулами). Существую спектры: э лектронные, колебательные, в ращательные.