Atomski spektri

Spektri vidljive svetlosti

Videli smo: kad elektron prelazi na niži nivo onda atom zrači. Dijagram energetskih nivoa za vodonik prikazan je na slici dole:

Neki od dozvoljenih elektronskih prelaza za vodonik, predstavljeni kosim linijama;

Kose linije govore o dozvoljenim prelazima između stacionarnih stanja. Tada se emituju fotoni. Energija tih fotona je

$$f=\frac{\Delta E}{h}. \tag{1}$$

Znači, da se izračuna učestanost date monohromatske komponente spektra treba podeliti energiju između dva nivoa Plankovom konstantom. (Potom se nalazi talasna dužina tako što se brzina svetlosti u vakuumu podeli dobijenom frekvencijom.)

Selekciono pravilo za dozvoljene prelaze

Ne može da se odigra svaki formalno postojeći prelaz kojem odgovara neka energija $\Delta E$. Mora da bude zadovoljeno tzv selekciono pravilo za dozvoljene prelaze:

$$\Delta \ell =\pm 1\quad i\quad \Delta m_{\ell }=0\;ili\;\pm 1. \tag{2}$$

Ostali su prelazi zabranjeni. U stvari, verovatnoća tih procesa, koje imenujemo kao zabranjene, minorna je.

Emisijom fotona menja se angularni momenat atoma (moment impulsa). Po zakonima održanja, emitovani foton nosi neki angularni moment.

Spektri X-zraka

Kad elektroni velike energije bombarduju metalnu metu, emituju se X-zraci. Na donjoj slici je tipičan spektar X-zraka.

Spektar X-zraka dobijen bombardovanjem metalne mete elektronima

Vidi se široki kontinualni deo i uske karakteristične linije, koje zavise od vrste materijala mete.

Kontinualni spektar nastaje zbog nagle promene brzine elektrona koji udaraju u metu. Po Maksvelovoj teoriji, naelektrisana čestica zrači kad se ubrzava (zaustavlja ili povećava brzinu). Nemaju svi elektroni isto ubrzanje pri kočenju u sudarima. Ubrzanje elektrona varira u velikoj meri, jer oni interaguju sa atomima mete na mnogo načina; otuda imamo i kontinuum učestanosti.

Karakteristično zračenje nastaje ovako. Prvo, upadni brzi elektron izbija atomski elektron na nekoj unutrašnjoj ljusci. Tako je nastalo upražnjeno mesto, šupljina na tom mestu. Potom, neki elektron sa gornjih nivoa preskoči i popuni šupljinu.

Ovo se sve dogodi za milijarditi deo jednog sekunda. Pri prelazu se emituje foton koji odgovara energiji prelaza između ta dva nivoa. Tipično, energija prelaza je veća od 1000 eV. To znači da nastaju fotoni talasnih dužina od stotog dela nanometra do jednog nanometra.

Neka je upadni brzi elektron izbacio atomski elektron sa osnovne ljuske - sa najnižeg, K nivoa. Ako ovo upražnjeno mesto popuni elektron sa L nivoa, nastaje tzv. $K_{\alpha }$ linija. Ako je preskok usledio sa M nivoa, nastaje linija $K_{\beta }$. Postoje i linije koje nastaju popunjavanjem praznina na L nivou, itd.

Mozlijev zakon

Zamislimo da elemenat rednog broja Z daje $K_{\alpha }$ liniju talasne dužine $\lambda$. Tada možemo crtati zavisnost $\sqrt{1/\lambda }$ u funkciji od Z. Dobija se grafik

Mozlijev grafik za $K_{\alpha }$ linije

Vidimo, zavisnost je linearna.

To je Mozlijev zakon za X-zrake. Pomoću otkrivene zakonitosti Mozli je mogao da predviđa nedostajuće u to vreme (1914. godina) elemente u periodnoj tablici.

Podaci koji daje nuklearna fizika su u skladu sa podacima koje daje hemija izučavanjem Mendeljejeve tablice!