АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ
АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ, спектры оптические, получающиеся при испускании или поглощении электромагнитного излучения свободными или слабо связанными атомами (например, в газах или парах). Атомные спектры являются линейчатыми, т. е. состоят из отдельных спектральных линий, характеризуемых частотой v излучения, которая соответствует определенному квантовому переходу между уровнями энергии ξi и ξk атома согласно соотношению: v=ξi-ξk . Спектральные линии можно характеризовать также длиной волны l=c/v, волновым числом 1/l=v/c (в спектроскопии его часто обозначают v) и энергией фотона hv. Атомные спектры обладают ярко выраженной индивидуальностью, причём их вид определяется не только строением атома данного элемента, но и внешними факторами - температурой, давлением, электрическими и магнитными полями и т.п. Атомные спектры наблюдаются в видимой, УФ и ближней ИК областях спектра. Атомные спектры испускания (эмиссионные атомные спектры) получают при возбуждении атома различными способами (светом, электронным ударом и т. д., см. Возбуждение атома и молекулы). Атомные спектры поглощения (абсорбционные атомные спектры) получаются при прохождении излучения непрерывного спектра через атомные газы или пары. Различные атомные спектры получают и наблюдают с помощью спектральных приборов. В зависимости от способа возбуждения атома могут возникать отдельные линии спектра, некоторые его участки или весь спектр. Атомные спектры испускания нейтральных атомов часто называют дуговыми, т. к. нейтральные атомы легко возбуждаются в электрической дуге; соответственно атомные спектры ионов называют искровыми. Спектры ионов смещены относительно спектров нейтральных атомов в область больших частот. Атомные спектры нейтральных атомов и его последовательно образующихся ионов обозначают римскими цифрами, напр. линии Fe I, Fe II, Fe III в спектре железа соответствуют линиям Fe, Fe+ , Fe2+ . Спектральные линии в атомных спектрах подчиняются определенным закономерностям и в простейших случаях образуют спектральные серии. Каждая спектральная серия получается при возможных квантовых переходах с последовательности вышележащих уровней энергии на один и тот же нижележащий уровень (в спектрах поглощения - при обратных переходах). Промежутки между линиями одной серии убывают в сторону больших частот - линии сходятся к границе серии - максимальной для этой серии частоте. Наиболее чётко выделяются спектральные серии в спектрах атома Н, волновые числа в них с большой точностью определяются формулой Бальмера: 1/l=R(1/n2k-1/n2i), где ni и nk - значения главного квантового числа для уровней энергии, между которыми происходит квантовый переход, причём число nk, характеризующее нижний уровень энергии, определяет серию, а числа ni - её отдельные линии. R - постоянная Ридберга (см. Спектральные серии). Аналогичные серии наблюдаются и в атомных спектрах водородоподобных атомов; однако значения волновых чисел для спектральных линий ионов Не+ , Li+2, ... в Z2 раз (Z - атомный номер элемента) больше, чем для соответствующих линий атома Н. Спектры атомов щелочных металлов, имеющих один электрон на внешней электронной оболочке, схожи со спектром Н, но смещены в область меньших частот; число спектральных серий в них увеличивается, а закономерности в расположении линий усложняются. Пример - спектр Na, атом которого обладает нормальной электронной конфигурацией 1s22s22p63s с легко возбуждаемым внешним электроном 3s. Переходу этого электрона из состояния Зр в состояние 3s соответствует жёлтая линия Na (дублет l=5690 Å и l=5696 Å) - наиболее яркая линия Na, с которой начинается т. н. главная серия, линии которой соответствуют переходам между состояниями 3s и состояниями 3p, 4р, 5p, . . . Для атомов с двумя или несколькими внешними электронами спектры ещё более усложняются, что обусловлено взаимодействием электронов атома. Особенно сложны атомные спектры атомов с заполняющимися d- и f-оболочками; число линий в таких спектрах достигает многих тысяч, простых закономерностей в них не обнаруживается, однако, и для сложных спектров можно произвести систематику и определить схему уровней энергии.