Спектр атома водорода. Серии Лаймана и Бальмера

Спектральные серии водорода — набор спектральных серий, составляющих спектр атома водорода. Поскольку водород — наиболее простой атом, его спектральные серии наиболее хорошо изучены. Они хорошо подчиняютсяформуле Ридберга:

{\displaystyle {\frac {1}{\lambda }}=R\left({\frac {1}{{n'}^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}}\right)},

где R = 109 677 см⁻¹ — постоянная Ридберга для водорода, n′ — основной уровень серии.

Спектральные линии, возникающие при переходах на основной энергетический уровень, называются резонансными, все остальные — субординатными.

Серия Лаймана[править | править вики-текст]

Основная статья: Серия Лаймана

Открыта Т. Лайманом^[en] в 1906 году. Все линии серии находятся в ультрафиолетовом диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга при n′ = 1 и n = 2, 3, 4, …; линия L_α = 1216 Å является резонансной линией водорода. Граница серии —911,8 Å.

Серия Бальмера[править | править вики-текст]

Основная статья: Серия Бальмера

Открыта И. Я. Бальмером в 1885 году. Первые четыре линии серии находятся в видимом диапазоне и были известны задолго до Бальмера, который предложил эмпирическую формулу для их длин волн и на её основе предсказал существование других линий этой серии в ультрафиолетовой области. Серия соответствует формуле Ридберга при n′ = 2 и n = 3, 4, 5, …; линияH_α = 6565 Å, граница серии — 3647 Å.

Состояния электрона в атоме. Квантовые числа, буквенные обозначения.

Условие, в котором находится электрон в атоме, называют электронным состоянием. Это состояние определяется набором четырех квантовых чисел: n, l, m_l и m _s. Их называют: n – главное квантовое число, l – орбитальное квантовое число, m_l – магнитное квантовое число (или магнитно-орбитальное квантовое число), m_s – магнитно-спиновое квантовое число. Введение этих квантовых чисел обусловлено тем, что электрон атома, находясь в определенном состоянии, характеризуется определенными значениями энергии, орбитальным и спиновым моментами импульса, орбитальным и спиновым магнитными моментами и проекциями этих величин на направление магнитного поля.

Главное квантовое число n. Это квантовое число принимает значения

n = 1, 2, 3,…,

и определяет полную энергию электрона в любом квантовом состоянии и степень его отдаления от ядра (номер энергетического уровня).

Орбитальные числа В каждом уровне имеются орбитали. Те из них, у которых сходная энергия, образуют подуровень. Такое отнесение производится с помощью орбитального (или как его еще называют - побочного) квантового числа l, которое принимает значения целых чисел от нуля и до n - 1. Так электрон, имеющий главное и орбитальное квантовые числа n и l, может равняться, начиная l = 0 и заканчивая l = n - 1. Это показывает характер движения соответствующих подуровня и уровня энергии. При l = 0 и любом значении n, электронное облако будет иметь форму сферы. Ее радиус будет прямо пропорционален n. При l = 1 электронное облако примет форму бесконечности или восьмерки. Чем больше значение l, тем форма будет становиться сложнее, а энергия электрона — возрастать. - Читайте подробнее на FB.ru: http://fb.ru/article/200936/kvantovyie-chisla-i-ih-fizicheskiy-smyisl

Магнитное квантовое число m определяет ориентацию орбитали в пространстве относительно внешнего магнитного или электрического поля. Его значения изменяются от + l до - l, включая 0. Например, при l = 1 число m принимает 3 значения: +1, 0, -1, поэтому существуют 3 типа р-орбиталей: рx, рy, рz.

Спиновое квантовое число s для электрона может принимать лишь два возможных значения +1/2 и -1/2. Они соответствуют двум возможным и противоположным друг другу направлениям собственного магнитного момента электрона, называемого спином (от англ. веретено). Для обозначения электронов с различными спинами используются символы: ↓ и ↑.

 

Состав ядра и его свойства. Изотопы

Понятие о радиоактивности

Как известно, атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. В состав ядра входят положительно заряженные протоны и нейтральные нейтроны, называемые нуклонами. Протоны и нейтроны имеют приблизительно одинаковую массу, которая в 1840 раз превышает массу электрона, поэтому масса атома определяется в основном массой нуклонов. Число нуклонов в ядре характеризуется массовым числом А (общее число протонов и нейтронов в ядре).

Нуклиды – это разновидности атомов с определенным массовым числом и атомным номером Z (число протонов в ядре или заряд ядра), например, нуклид стронция – , где А=90, а Z= 38

 

Изотопы – это атомы одного и того же элемента, имеющие разные массовые числа и одинаковый порядковый номер.

Радиоактивность – самопроизвольный распад атомных ядер некоторых элементов, приводящий к изменению их атомного номера и массового числа. Радиоактивный распад не может быть остановлен или ускорен, он осуществляется со строго определенной скоростью. Последняя измеряется периодом полураспада – временем, в течение которого распадается половина всех атомов. Радионуклиды (нестабильные нуклиды) - это изотопы, ядра которых способны самопроизвольно распадаться. Распад радиоактивных элементов сопровождается потоками ионизирующих излучений, каждый из которых характеризуется своими физико-химическими свойствами.

Ионизирующее излучение – это излучение, которое создается при радиоактивном распаде нестабильных нуклидов и представляет собой поток ядерных частиц, квантов энергии или тех и других вместе. Сходство между разными ионизирующими излучениями состоит в том, что все они обладают высокой энергией и осуществляют свое действие через эффекты ионизации и возбуждения атомов и молекул, дающих начало образованию высокотоксичных радикалов, вступающих затем в реакции с различными биологическими структурами клеток. Что может привести к их гибели. Ионизирующее излучение не воспринимается органами чувств человека, мы не чувствуем его воздействия на наше тело.

Ионизирующие излучения по своими физико-химическими свойствам бывают:

- корпускулярное излучение (-α, -β, нейтронное);

- квантовое или электромагнитное излучение (гамма -γ, рентгеновское).

α-излучение (а-распад) представляет собой поток тяжелых положительно заряженных частиц (атомов гелия – ⁴H_e), которые в следствии большой массы при взаимодействии с веществом быстро теряют свою энергию, но обладают большим ионизирующим действием. В воздухе они распространяются на расстоянии до 10 см, а при облучении человека проникают в глубину поверхностного слоя кожи. В случае внешнего облучения для защиты от неблагоприятного воздействия α-частиц достаточно использовать обычную одежду или лист бумаги. Высокая ионизирующая способность α-частиц делает их очень опасными при попадании внутрь организма с пищей, водой, воздухом. В этом случае α-частицы оказывают высокий разрушительный эффект. Для защиты органов дыхания от α-излучения достаточно использовать ватно-марлевую повязку, или любую подручную ткань, предварительно смочив водой.

β-излучение – это поток электронов или протонов, которые испускаются при радиоактивном распаде. Ионизирующее действие β-излучения значительно ниже, чем α-излучения, но проникающая способность гораздо выше, в воздухе β-излучение распространяется на 3 м и больше, в воде и биологической ткани до 2 см. Зимняя одежда защищает тело человека от внешнего β-излучения. На открытых поверхностях кожи при попадании β-частиц могут образоваться радиационные ожоги различной степени тяжести, а при попадании β-частиц на хрусталик глаза развивается лучевая катаракта. Для защиты органов дыхания от β-излучения персоналом используется респиратор или противогаз.

Для защиты кожи рук персоналом используются резиновые или прорезиненные перчатки. При попадании источника β-излучения внутрь организма происходит внутреннее облучение, которое приводит к тяжелому лучевому поражения организма.

Нейтронное облучение – представляет собой нейтральное не несущие электрического заряда поток частиц. Нейтронное излучение непосредственно взаимодействует с ядрами атомов и вызывает ядерную реакцию. Оно обладает большой проникающей способность, которая в воздухе может составлять 1 000 м. Нейтроны глубоко проникают в организм человека.

Отличительной особенностью нейтронного излучения является их способность превращать атомы стабильных элементов в их радиоактивные изотопы. Это называется наведенной радиоактивностью.

Для защиты от нейтронного облучения используется специализированное убежище или укрытия, построенные из бетона и свинца.

Гамма излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение, которое испускается при ядерных превращениях. По свой природе γ - излучение аналогично световому, ультрафиолетовому, рентгеновскому, оно обладает большой проникающей способностью. В воздухе распространяется на расстоянии 100м и более. Может проходить через свинцовую пластину, толщиной в несколько см, и полностью проходит через тело человека. Основную опасность γ - излучение представляет как источник внешнего облучения организма. Для защиты от γ -излучения используют специализированное укрытие, убежище, персонал использует экраны из свинца, бетона.