46. Спектры щелочных элементов. Дуплетная структура спектров щелочных элементов.

Спектры щелочных элементов.

Щелочные металлы одновалентны и их сравнительно легко ионизировать. Если атом щелочного металла имеет всего z электронов, то можно утверждать, что z-1 электронов образуют структуру атома благородного атома, а последний электрон связан с этими электронами и ядром весьма слабо. Таким образом, первые z-1 электронов и ядро образуют остов с зарядом +e, в эффективном поле которого движется электрон, называемый валентным.

Таким образом, щелочные атомы являются водородоподобными атомами, однако не полностью. Дело в том, что внешний электрон несколько деформирует оболочку первых z-1 электронов и несколько искажает их поле. Поэтому потенциальную энергию валентного электрона можно представить в виде где,- поправки, учитывающие отличие поля атомов щелочных металлов от поля атома водорода. Можно показать, что энергия зависит не только от квантового числаn, но и от орбитального квантового числа l.

Зависимость энергии от орбитального квантового числа составляет принципиальное отличие уровней энергии атомов щелочных металлов от уровней энергии атома водорода. Схему уровней энергии атомов щелочных металлов нельзя представить в функции лишь одного главного квантового числа: уровни энергии, соответствующие одному и тому же квантовому числу, но с различными орбитальными числами, не совпадают друг с другом.

Излучение происходит в результате перехода оптического электрона с одного энергетического уровня на другой. Однако не все переходы возможны. Главное квантовое число может изменяться на любое значение, а орбитальное квантовое число – лишь на единицу.

Это означает, что возможны переходы лишь между соседними по l уровнями, т. е. Между s- и p-состояниями, между p- и d- состояниями и т. д.

Наибольшее число атомов в соответствии с распределением Больцмана находится в низшем энергетическом состоянии.

Поскольку при переходах главное квантовое число n может изменяться на любое значение, допустимы переходы в состояние 2s из любых p-состояние. Получающаяся в результате этих переходов серии линии называется главной. Возможны побочные серии. Серия называется диффузной потому, что ее линии несколько размыты, не очень резки.

Дублетная структура спектров щелочных элементов.

При анализе спектров щелочных металлов с помощью спектроскопических приборов обнаруживается, что каждая из линий излучения в действительности расщепления на две линии, т. е. Является дублетом. Расщепление имеет ярко выраженные закономерности:

А) у линии главной серии расщепление не является постоянным, а меняется от линии к линии;

Б) у линии диффузной серии расщепление одинаково у всех линий;

В) у линии резкой серии расщепление также одинаково.

Наличие расщепление у линии показывает, что энергия уровней зависит не только от главного квантового n и орбитального l чисел, но и от некоторой величины, которой несколько изменяет энергию уровней. Ясно, что это изменение энергии уровней имеет порядок энергии расщепления линии, которые очень мала. Поэтому этот дополнительный фактор дает небольшую поправку к энергии. Можно сказать, что электрон имеет некоторую дополнительную степень свободы, которая сказывается на излучении. Пришлось допустить, что электрон обладает собственным механическим моментом импульса, называется спином электрона. Кроме спина электрон также обладает магнитным моментом.

Очевидно, что переходы с близко расположенных друг к другу уровней p на один и тот же уровень s дают две близко расположенные линии излучения, т. е. Дуплет. Расщепление различных уровней p различно; следовательно, расщепление различных дуплетов главной серии щелочных металлов также различно, что и наблюдается в эксперименте.

Дуплетный характер линий спектра излучения щелочных металлов и водорода объясняется наличием у электрона магнитного магнитного момента, или, что то же самое, спин-орбитальным взаимодействием. Вторым фактором являются релятивистские эффекты.