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 d атомной орбитали или подоболочке .
Диффузный ряд имеет значения, определяемые выражением
![{\displaystyle v={\frac {R}{\left[2+p\right]^{2}}} - {\frac {R}{\left[m+d\right]^{2}}} \quad {\text{where}}\;\,m=2,3,4,...}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d2d1179d84c568f4cb9c66c42414a5999eb2e736)
Серия вызвана переходами от низшего P-состояния к D-орбиталям с более высокой энергией.Одна из терминологий для обозначения линий: 1P-mD. [1] Но обратите внимание, что 1P означает всего лишь 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 P-члены 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 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
[ редактировать ]Диффузную серию раньше называли первой подчиненной серией, а острую серию - второй подчиненной серией, причем обе были подчинены (менее интенсивны, чем) основной серии . [2]
Законы о щелочных металлах
[ редактировать ]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 делится на . D делится на . Только три из четырех возможных 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
[ редактировать ]Литий имеет диффузную серию с диффузными линиями в среднем около 6103,53, 4603,0, 4132,3, 3915,0 и 3794,7 Å. [10]
Натрий
[ редактировать ]
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]
| диффузная серия натрия [12] | |||
|---|---|---|---|
| переход | длина волны 1 Å | длина волны 2 Å | длина волны 3 Å |
| 3П-3Д | 8194.82 | 8183.26 | 8194.79 |
| 3П-4Д | 5688.21 | 5682.63 | 5688.19 |
| 3П-5Д | 4982.81 | 4978.54 | 4982.8 |
| 3П-6Д | 4668.56 | 4664.81 | 4668.6 |
| 3П-7Д | 4497.66 | 4494.18 | 4497.7 |
| 3П-8Д | 4393.34 | 4390.03 | 4393.3 |
| 3П-9Д | 4324.62 | 4321.40 | 4324.6 |
| 3П-10Д | 4276.79 | 4273.64 | 4276.8 |
| 3П-11Д | 4242.08 | 4238.99 | 4242.0 |
| 3П-12Д | 4215 | ||
| 3П-13Д | 4195 | ||
Калий
[ редактировать ]| диффузная серия калия [13] | |||
|---|---|---|---|
| переход | длина волны 1 Å | длина волны 2 Å | длина волны 3 Å |
| 4П-3Д | 11772.8 | 11690.2 | 11769.7 |
| 4П-4Д | 6964.69 | 6936.27 | 6964.18 |
| 4П-5Д | 5831.9 | 5812.2 | 5831.7 |
| 4П-6Д | 5359.7 | 5343.1 | 5359.6 |
| 4П-7Д | 5112.2 | 5097.2 | 5112.2 |
| 4П-8Д | 4965.0 | 4950.8 | 4965.0 |
| 4П-9Д | 4869.8 | 4856.1 | 4869.8 |
| 4П-10Д | 4804.3 | 4791.0 | 4804.3 |
| 4П-11Д | 4757.4 | 4744.4 | 4757.4 |
Щелочные земли
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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. Гелий в ионизированном состоянии 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
[ редактировать ]У магния имеется диффузный ряд триплетов и резкий ряд синглетов. [3]
Кальций
[ редактировать ]Кальций имеет диффузный ряд триплетов и резкий ряд синглетов. [15]
Стронций
[ редактировать ]В парах стронция наиболее заметные линии относятся к диффузному ряду. [16]
Барий
[ редактировать ]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
[ редактировать ]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 продолжил использовать резкие и размытые линии для других линий. [19] тогда как Кайзер и Рунге предпочитали использовать термин «первая подчиненная серия» для обозначения 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 по сей день.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фаулер, А. (1924). «Происхождение спектров». Журнал Королевского астрономического общества Канады . 18 : 373–380. Бибкод : 1924JRASC..18..373F .
- ^ Jump up to: а б Сондерс, Ф.А. (1915). «Некоторые недавние открытия в серии Spectrum». Астрофизический журнал . 41 : 323. Бибкод : 1915ApJ....41..323S . дои : 10.1086/142175 .
- ^ Jump up to: а б с Сондерс, Ф.А. (1915). «Некоторые недавние открытия в серии Spectrum». Астрофизический журнал . 41 : 323–327. Бибкод : 1915ApJ....41..323S . дои : 10.1086/142175 .
- ^ Ридберг, младший (1897). «Новая серия в спектре водорода». Астрофизический журнал . 6 : 233–236. Бибкод : 1897ApJ.....6..233R . дои : 10.1086/140393 .
- ^ Банд, Иегуда Б. (14 сентября 2006 г.). Свет и материя: электромагнетизм, оптика, спектроскопия и лазеры . Джон Уайли. ISBN 9780471899310 . Проверено 3 июля 2015 г.
- ^ Банд, 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.
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Jump up to: а б Атомная, молекулярная и лазерная физика . Кришна Пракашан Медиа. п. 2.59.
- ^ атомные спектры и векторная модель. Том 1. Серия спектров . Архив Кубка . п. 19. ISBN 9781001286228 .
- ^ Jump up to: а б 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 .
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ 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 .
- ^ Сондерс, Ф.А. (декабрь 1920 г.). «Ревизия ряда в спектре кальция». Астрофизический журнал . 52 (5): 265. Бибкод : 1920ApJ....52..265S . дои : 10.1086/142578 .
- ^ Сондерс, Ф.А. (1922). «Ревизия ряда по спектру стронция». Астрофизический журнал . 56 : 73–82. Бибкод : 1922ApJ....56...73S . дои : 10.1086/142690 .
- ^ Сондерс, Ф.А. (1920). «Ревизия ряда в спектре бария». Астрофизический журнал . 51 : 23–36. Бибкод : 1920ApJ....51...23S . дои : 10.1086/142521 .
- ^ 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.
- ^ Ридберг-младший (апрель 1890 г.). «XXXIV. О строении линейчатых спектров химических элементов» . Философский журнал . Серия 5. 29 (179): 331–337. дои : 10.1080/14786449008619945 .
- ^ Jump up to: а б Мехра, Джагдиш ; Рехенберг, Хельмут (1 января 2001 г.). Историческое развитие квантовой теории . Спрингер. стр. 165–166. ISBN 9780387951744 . Проверено 30 декабря 2013 г.
- ^ Jump up to: а б 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 .
- ^ Собака, Фридрих (1927). Линейчатые спектры и периодическая таблица элементов . Структура материи в индивидуальных представлениях. Том 4. Спрингер. стр. 55–56. ISBN 9783709156568 .