Глава 8. Спектры излучения атомов и молекул

8.1. УРОВНИ ЭНЕРГИИ АТОМОВ. АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ

Атом состоит из тяжелого ядра, обладающего положительным электрическим зарядом, и окружающих его легких частиц - электронов с отрицательными электрическими зарядами. Атом является квантовой системой, т.е. подчиняется квантово-механическим законам, его основная характеристика - полная внутренняя энергия Е. Описание состояния атомов и молекул проводят исходя из принципов квантовой механики с помощью уравнения Шредингера. Наиболее просто решается задача для электрона, находящегося в поле ядра. Такие системы соответствуют атому водорода и водоро-доподобным ионам. Из решения уравнения Шредингера следует, что энергия атома водорода может принимать только определенные дискретные значения: Е_р, Е₂, Е₃,... соответствующие устойчивым состояниям системы:

где n - главное квантовое число.

Промежуточными значениями энергии атом обладать не может.

Графически эти состояния представляют в виде диаграммы уровней энергии (рис. 8.1, 8.2), каждому из «дозволенных» значений энергии соответствует горизонтальная линия, проведенная в определенном масштабе на соответствующей высоте E_n. Нижний уровень Е₁, соответствующий минимальной возможной энергии системы, называется основным, все остальные - возбужденными, так как для перехода на них атом необходимо возбудить - сообщить ему энергию

E_n-E₁.

Квантовые переходы между уровнями энергии обозначаются на диаграммах вертикальными или наклонными линиями, соединяющими соответствующие пары уровней, безызлучательные переходы часто обозначают волнистыми линиями. Направление перехода ука-

Рис. 8.1. Схематичное изображение уровней энергии атома

Рис. 8.2. Диаграмма энергетических уровней атома водорода. Показаны переходы, соответствующие различным спектральным сериям