Читать «Большая Советская Энциклопедия (АТ)» онлайн - страница 114

  Линии А. с. образуют закономерные группы, называются спектральными сериями. Промежутки между линиями в серии убывают в сторону коротких длин волн, и линии сходятся к границе серии. Наиболее прост спектр атома водорода. Волновые числа линий его спектра с огромной точностью определяются формулой Бальмера:

1/l= R( 1/n ² ₁- 1/n ² ₂),

  где n ₁и n ₂значения главного квантового числа для уровней энергии, между которыми происходит квантовый переход (см. , рис. 1 , б). Значение n ₁= 1, 2, 3, ... определяет серию, а значение n ₂= n ₁+ 1, n ₁+ 2, n ₁+ 3,... определяет отдельные линии данной серии; R — (выраженная в волновых числах). При n ₁= 1 получается серия Лаймана, лежащая в далёкой ультрафиолетовой области спектра, при n ₁= 2 — серия Бальмера, линии которой расположены в видимой и близкой ультрафиолетовой областях. Серии Пашена ( n ₁= 3), Брэкета ( n ₁= 4), Пфаунда ( n ₁= 5), Хамфри ( n ₁= 6) лежат в инфракрасной области спектра. Аналогичными спектрами, только с увеличенным в Z ²раз масштабом (Z — атомный номер), обладают водородоподобные ионы Не ⁺, Li ²⁺, ... (cпектры HeII, LiIII, ...).

  Спектры атомов щелочных металлов, обладающих одним внешним (оптическим) электроном помимо заполненных оболочек, схожи со спектром атома водорода, но смещены в область меньших частот; число спектральных серий увеличивается, а закономерности в расположении линий усложняются. Пример — спектр Na, атом которого обладает нормальной электронной конфигурацией 1 s ² 2 s ²2 p ⁶ 3 s(см. в ст. —Заполнение электронных оболочек и слоев) с легко возбуждаемым внешним электроном 3 s; переходу этого электрона из состояния 3 sв состояние 3 pсоответствует жёлтая линия Na (дублет l= 5690  и l= 5696 ; см. рис .), с которой начинается т. н. главная серия Na, члены которой соответствуют переходам между состоянием 3 sи состояниями 3 p,4 p,5 p,... граница серии соответствует ионизации атома Na.

  Для атомов с двумя или несколькими внешними электронами спектры значительно усложняются, что обусловлено взаимодействием электронов. А. с. особенно сложны для атомов с заполняющимися d-и f-оболочками; число линий доходит до многих тысяч, и уже нельзя обнаружить простых серий, аналогичных сериям в спектрах водорода и щелочных металлов. Однако и в сложных спектрах можно установить определённые закономерности в расположении линий, произвести систематику спектра и определить схему уровней энергии.

  Систематика спектров атомов с двумя или более внешними электронами основана на приближённой характеристике отдельных электронов при помощи квантовых чисел nи l(см. ) сучётом взаимодействия этих электронов друг с другом. При этом приходится учитывать электростатические взаимодействия электронов — отталкивание по закону Кулона, и магнитные взаимодействия спиновых и орбитальных моментов (см. , ) ,которые приводят к тонкому расщеплению уровней энергии (см. ) .Благодаря этому у большинства атомов спектральные линии представляют собой более или менее тесную группу линий, называемую мультиплетом. Так, у всех щелочных металлов линии двойные (дублеты), причём расстояния между мультиплетными уровнями увеличиваются с увеличением атомного номера элемента. У щёлочноземельных элементов наблюдаются одиночные линии (сингулеты) и тройные (триплеты). Спектры следующих столбцов таблицы Менделеева образуют всё более сложные мультиплеты, причём нечётным столбцам соответствуют чётные мультиплеты, а четным столбцам — нечётные.