Ūdeņraža atomu emisijas spektrs. Ūdeņraža atoma spektra izpēte Ūdeņraža atoma spektra izpēte

Nosūtiet savu labo darbu zināšanu bāzē ir vienkārši. Izmantojiet zemāk esošo veidlapu

Studenti, maģistranti, jaunie zinātnieki, kuri izmanto zināšanu bāzi savās studijās un darbā, būs jums ļoti pateicīgi.

LABORATORIJADARBS

ŪDEŅRAŽA ATOMA SPEKTRA IZPĒTE

1. MĒRĶISDARBOJAS

1.1 Pētīt atomu ūdeņraža spektru redzamajā spektra apgabalā un izmērīt ūdeņraža līniju viļņu garumus N b, N V, N G, N d .

1.2. Aprēķiniet Ridberga konstantes vērtību.

1.3 Pēc atrastās vērtības R aprēķināt Planka konstanti h.

2. RANGEŪDEŅRADSUNENERĢIJALĪMEŅI

2.1 EksperimentiRezerfords.Struktūraatoms

Ievietots vietnē http://www.allbest.ru/

1910. gadā Raterfords un viņa līdzstrādnieki veica virkni eksperimentu, lai novērotu alfa daļiņu izkliedi, kad tās šķērsoja plānu metāla foliju. Eksperiments tika veikts šādi (1. att.). Alfa daļiņu stars, ko izstaro radioaktīvs avots, kas izdalās caur šauru caurumu konteinerā UN, nokrita uz plānas metāla folijas F. Izejot cauri folijai, alfa daļiņas dažādos leņķos novirzījās no sākotnējā kustības virziena. Ekrānā nokļuva izkaisītas alfa daļiņas E, pārklāti ar cinka sulfīdu, un to izraisītās scintilācijas (gaismas uzplaiksnījumi) tika novērotas mikroskopā M. Mikroskopu un ekrānu var pagriezt ap asi, kas iet caur folijas centru, un tādējādi uzstādīt jebkurā leņķī. Viss aparāts tika ievietots vakuuma kamerā, lai novērstu alfa daļiņu izkliedi, saduroties ar gaisa molekulām.

Novērojumi liecina, ka lielākā daļa alfa daļiņu novirzās no sākotnējā virziena tikai nelielos leņķos, bet tajā pašā laikā neliela skaita alfa daļiņu izkliedes leņķis izrādās ievērojami liels un var sasniegt pat 180 o. Analizējot eksperimenta rezultātus, Raterfords nonāca pie secinājuma, ka tik spēcīga alfa daļiņu novirze no sākotnējā virziena ir iespējama tikai tad, ja atoma iekšpusē ir ārkārtīgi spēcīgs elektriskais lauks, ko rada lādiņš, kas saistīts ar lielu masu. Mazā daļiņu daļa, kas izkaisīta lielos leņķos, norāda, ka pozitīvais lādiņš un ar to saistītā masa ir koncentrēta ļoti mazā tilpumā un tiešā trieciena iespējamība ir zema. Pamatojoties uz šo secinājumu, Rezerfords 1911. gadā ierosināja atoma kodolmodeli. Pēc Rezerforda domām, atoms ir lādiņu sistēma, kuras centrā atrodas smags pozitīvi lādēts kodols, kura izmēri nepārsniedz 10–12 cm, un ap kodolu griežas negatīvi lādēti elektroni (lai nenokristu uz kodola). kodols), kura kopējais lādiņš pēc lieluma ir vienāds ar kodola lādiņu. Gandrīz visa atoma masa ir koncentrēta kodolā.

Tomēr kodolmodelis izrādījās pretrunā ar klasiskās mehānikas un elektrodinamikas likumiem. Pretrunas būtība ir šāda: elektronam, kas pārvietojas pa izliektu ceļu, ir jābūt centripetālam paātrinājumam. Saskaņā ar klasiskās elektrodinamikas likumiem lādiņam, kas kustas ar paātrinājumu, nepārtraukti jāizstaro elektromagnētiskie viļņi. Radiācijas procesu pavada enerģijas zudums, tāpēc elektronam (ja ievērojat klasiskos likumus) vajadzētu pakāpeniski nolaisties, virzoties pa spirāli un galu galā nokrist uz kodolu. Aprēķini liecina, ka laikam, pēc kura elektronam jānokrīt kodolā, vajadzētu būt aptuveni 10-8 s. Tajā pašā laikā, nepārtraukti mainot orbītas rādiusu, tai vajadzētu izstarot nepārtrauktu spektru, savukārt eksperimentos ar retinātām gāzēm tika konstatēts, ka atomu spektri ir izklāti. Tādējādi radās pretruna starp priekšstatiem par atomu, kas izriet no Rezerforda eksperimentu rezultātiem, un klasiskās fizikas likumiem, saskaņā ar kuriem atomam ar norādīto struktūru jābūt nestabilam un tā starojuma spektram jābūt nepārtrauktam.

2.2 PostulātiBora.ElementāriBorovskajateorijuūdeņradisdnogoatoms

Izeju no pretrunas, kas radās starp klasiskās fizikas likumiem un secinājumiem, kas izriet no Rezerforda eksperimentu rezultātiem, piedāvāja Nīls Bors, kurš 1913. gadā formulēja šādus postulātus: Postulāts – apgalvojums, kas pieņemts bez pierādījumiem, kā aksioma. Par konkrēta postulāta pamatotību var spriest, salīdzinot rezultātus, kas iegūti, izmantojot konkrētu postulātu ar eksperimentu. :

1) No bezgalīgi daudzām elektronu orbītām, kas ir iespējamas elektronam atomā no klasiskās mehānikas viedokļa, tikai dažas, t.s. stacionārs. Kamēr ieslēgts stacionārs orbītā elektrons Nav izstaro enerģiju (Em viļņi) Lai gan Un kustas Ar paātrinājums. Stacionārai orbītai elektrona leņķiskajam impulsam jābūt nemainīgas vērtības veselam skaitlim.

(-Diraka konstante).

Tie. ir jāievēro šāda attiecība:

Kur m e- elektronu masa, v- elektronu ātrums, r - elektronu orbītas rādiuss, n- vesels skaitlis, kas var iegūt vērtības 1, 2, 3, 4... un tiek saukts par galveno kvantu skaitli.

2) Radiāciju izstaro vai absorbē atoms gaismas enerģijas kvanta veidā elektrona pārejas laikā no viena stacionāra (stabila) stāvokļa citā. Gaismas kvantu lielums ir vienāds ar šo stacionāro stāvokļu enerģiju starpību E n 1 Un E n 2 , starp kuriem notiek elektrona kvantu lēciens:

Tāda pati sakarība ir spēkā absorbcijas gadījumā. Attiecības (2) sauc noteikumsfrekvencesBora.

2.3 ModelisBoraatomsūdeņradis

Bors ūdeņraža atoma modeli balstīja uz Raterforda atoma planetāro modeli un jau iepriekš minētajiem postulātiem. No pirmā Bora postulāta izriet, ka ir iespējamas tikai tādas elektrona kustības orbītas ap kodolu, kurām elektrona leņķiskais impulss ir vienāds ar Diraka konstantes veselu skaitļu daudzkārtni (sk. (1)). Pēc tam Bors piemēroja klasiskās fizikas likumus. Saskaņā ar otro Ņūtona likumu elektronam, kas rotē ap kodolu, Kulona spēks spēlē centrtieces spēka lomu, un ir jāizpilda šāda sakarība:

izslēdzot ātrumu no (1) un (3) vienādojumiem, tika iegūta izteiksme pieļaujamo orbītu rādiusiem:

Šeit n - galvenais kvantu skaitlis ( n = 1,2,3…

Tiek saukts ūdeņraža atoma pirmās orbītas rādiuss Borovskislabadplkstsom un ir vienāds

Atoma iekšējā enerģija ir vienāda ar elektrona kinētiskās enerģijas un elektrona un kodola mijiedarbības potenciālās enerģijas summu (kodols tā lielās masas dēļ pirmajā tuvinājumā tiek uzskatīts par nekustīgu) .

Tātad kā (skatīt formulu (3))

Aizstāšana ar (6) izteiksmi r n no (4) mēs atrodam atļautās atoma iekšējās enerģijas vērtības:

Kur n = 1, 2, 3, 4…

Kad ūdeņraža atoms pāriet no stāvokļa n 1 stāvoklī n 2 izstarojas fotons.

Izstarotās gaismas apgriezto viļņa garumu var aprēķināt, izmantojot formulu:

2.4 RakstiVatomuspektri

Veicot eksperimentālus ūdeņraža emisijas spektru pētījumus, Balmers atklāja, ka ūdeņraža atomi (tāpat kā citu elementu atomi) izstaro stingri noteiktas frekvences elektromagnētiskos viļņus. Turklāt izrādījās, ka spektrālās līnijas viļņa garuma atgriezenisko vērtību var aprēķināt kā dažu divu lielumu starpību, ko sauc par spektrālajiem terminiem, t.i. ir spēkā šāda attiecība:

Eksperimentāli iegūto ūdeņraža spektru kvantitatīvā apstrāde parādīja, ka terminus var rakstīt šādi:

Kur R ir Ridberga konstante, un n ir vesels skaitlis, kas var iegūt vairākas veselas vērtības 1,2,3... Eksperimentāli iegūtā Ridberga konstantes vērtība bija:

Ņemot vērā iepriekš minēto, jebkuras ūdeņraža spektrālās līnijas viļņa garumu var aprēķināt no vispārinātsformulaBalmera:

kur ir cipari n 1 Un n 2 var ņemt vērtības: n 1 = 1,2,3...; n 2 = n 1 , n 1 +1, n 1 +2 …

Pēc formulas (15) aprēķinātie viļņu garumi ļoti precīzi sakrita ar eksperimentāli izmērītajiem viļņu garumiem ūdeņraža emisijas spektrā.

Salīdzinot formulas (11) un (15), varam secināt, ka formula (11) ir tā pati vispārinātā Balmera formula, bet iegūta teorētiski. Tāpēc Rydberga konstantes vērtību var aprēķināt, izmantojot formulu:

Skaitļi n 1 , n 2 - tie ir kvantu skaitļi, kas ir stacionāru orbītu skaitļi, starp kuriem notiek elektrona kvantu lēciens. Ja eksperimentāli mēra Ridberga konstantes vērtību, tad, izmantojot sakarību (16), varat aprēķināt Planka konstanti h.

atomu ūdeņraža bora rīdbergs

3. METODOLOĢIJAIZPILDEDARBOJAS

3.1 Strādniekiformulas

Diapazonsstarojums ir svarīga vielas īpašība, kas ļauj noteikt tās sastāvu, dažus tās struktūras raksturlielumus, kā arī atomu un molekulu īpašības.

Gāzes atomu stāvoklī izstaro līniju spektrus, kurus var iedalīt spektrāls sērija.Spektrrinda ir spektra līniju kopa, kurai kvantu skaitlis n 1 (līmeņa numurs, uz kuru tiek veiktas pārejas no visiem augstākajiem līmeņiem) ir tāda pati nozīme. Vienkāršākais spektrs ir ūdeņraža atoma spektrs. Tā spektrālo līniju viļņu garumus nosaka pēc Balmera formulas (15) vai (11).

Katrai ūdeņraža atoma spektra sērijai ir sava specifiskā vērtība. n 1 . Vērtības n 2 apzīmē secīgu veselu skaitļu sēriju no n 1 +1 uz?. Numurs n 1 apzīmē atoma enerģijas līmeņa skaitli, uz kuru elektrons pāriet pēc izstarošanas; n 2 - līmeņa numurs, no kura elektrons iziet, kad atoms izstaro elektromagnētisko enerģiju.

Saskaņā ar formulu (15 ), Ūdeņraža emisijas spektru var attēlot šādu sēriju veidā (sk. 2. att.):

sērija Laimens (n 1 =1) - ultravioletā spektra daļa:

sērija Balmera (n 1 = 2) - redzamā spektra daļa:

2. att. Ūdeņraža atoma spektra virkne

a) enerģijas diagramma, b) pārejas diagramma, c) viļņu garuma skala.

sērija Pashen (n 1 = 3) - spektra infrasarkanā daļa:

sērija Kronšteins (n 1 = 4) - spektra infrasarkanā daļa:

sērija Pfunda(n 1 = 5) - spektra infrasarkanā daļa:

Šajā rakstā mēs pētām pirmās četras Balmer sērijas rindas, kas atbilst pārejām uz līmeni n 1 = 2. Lielums n 2 šīs sērijas pirmajām četrām rindām, kas atrodas redzamajā zonā, ir vērtības 3, 4, 5, 6. Šīm rindām ir šādi apzīmējumi:

H b- Sarkanā līnija ( n 2 = 3),

H V- zaļi zils ( n 2 = 4),

H n- zils ( n 2 = 5),

H d- violets ( n 2 = 6).

Ridberga konstantes eksperimentālo noteikšanu, izmantojot Balmera sērijas līnijas, var veikt, izmantojot formulu, kas iegūta, pamatojoties uz (15):

Izteiksmi Planka konstantes aprēķināšanai var iegūt, pārveidojot formulu (16):

Kur m = 9.1 ? 10 -31 Kilograms,e - 1.6 ? 10 -19 Kl,C - 3 ? 10 8 m/ar,e 0 =8.8 ? 10 -12 f/ m.

3.2 Secinājumsformulasaprēķinskļūdas

Izteiksmi Rydberga konstantes DR absolūtās mērījumu kļūdas aprēķināšanai var iegūt, diferencējot formulu (17). Jāņem vērā, ka kvantu skaitļu vērtības n 1 , n 2 ir precīzi un to atšķirības ir nulle.

3. att. Kļūdas atrašana DC saskaņā ar kalibrēšanas grafiku

Absolūtās kļūdas lielums viļņa garuma noteikšanā l var atrast, izmantojot viļņa garuma un cilindra dalījuma kalibrēšanas grafiku l (ts) (skat. 2. att.) . Lai to izdarītu, ir jānovērtē kļūda, veicot nolasījumu uz cilindra DC un, kā parādīts 3. attēlā, atrodiet atbilstošo kļūdu Dl noteiktā viļņa garumā.

Tomēr sakarā ar to, ka vērtības ? ir ļoti mazi, tad ar esošo diagrammas mērogu l = f(ts) vērtību nav iespējams noteikt Dl. Tāpēc Dl tiek noteikts ar pietiekamu precizitāti, izmantojot formulu (24).

Lai noteiktu Planka konstanti, tiek izmantotas daudzumu tabulas vērtības m e, e, e 0, C, kuras ir zināmi ar precizitāti, kas ievērojami pārsniedz Rydberga konstantes noteikšanas precizitāti, tāpēc relatīvā kļūda, nosakot h būs vienāds ar:

Kur DR- kļūda Rydberga konstantes noteikšanā.

3.3 Aprakstslaboratorijainstalācijas

Gaismas avots, kura redzamajā spektra daļā dominē atomu ūdeņraža līnijas, ir H-veida kvēlizlādes lampa, ko darbina augstsprieguma taisngriezis 12. Spektra augstākais spilgtums tiek sasniegts, kad beidzas caurules horizontālā daļa (kapilārs) kalpo kā gaismas avots.

Spektra līniju viļņu garumu mērīšanai šajā darbā tiek izmantots prizmas monohromators UM-2 (4. att.). Monohromatora ieejas spraugas priekšā ūdeņraža lampa S un kondensators K pārvietojas uz braucēju optiskās sliedes; kondensators kalpo, lai koncentrētu gaismu monohromatora ieejas spraugā (1).

Ieejas slots 1 ir aprīkots ar mikrometrisko skrūvi 9, kas ļauj atvērt slotu vēlamajā platumā. Kolimatora lēca 2 veido paralēlu gaismas staru, kas krīt tālāk uz izkliedējošās prizmas 3. Mikrometriskā skrūve 8 ļauj pārvietot lēcu 2 attiecībā pret spraugu 1 un kalpo monohromatora fokusēšanai.

4. att. Laboratorijas uzstādīšanas shēma.

Prizma 3 ir uzstādīta uz rotējošā galda 6, kas griežas ap vertikālo asi, izmantojot skrūvi 7 ar skaitīšanas cilindru. Bungai tiek uzlikts spirālveida sliežu ceļš ar grādu sadalījumu. Bungas virziena rādītājs slīd pa sliežu ceļu 11. Bungai griežoties, griežas prizma, un teleskopa, kas sastāv no lēcas 4 un okulāra 5, redzamības lauka centrā parādās dažādas spektra daļas. . Objektīvs 4 rada 1. ieejas spraugas attēlu tā fokusa plaknē.

Šajā plaknē atrodas rādītājs 10. Lai mainītu rādītāja apgaismojuma spilgtumu, monohromatorā ir regulators un slēdzis.

Spraugas attēli, ko rada dažādi gaismas viļņu garumi, ir spektrālās līnijas.

4. PASŪTĪTIZPILDEDARBOJAS

Pēc laboratorijas uzstādīšanas apraksta izlasīšanas ieslēdziet to šādā secībā:

4.1. Pagrieziet rokturi "SAGATAVOŠANA" pulksteņrādītāja virzienā, līdz tas apstājas, nepieliekot pārmērīgu spēku.

4.2. Noklikšķiniet uz pogas "IESLĒGTS"AUGSTS."Šajā brīdī gaisma iedegsies TĪKLS", instrumenta bultiņa "PAŠREIZĒJĀIZKRĀT" novirzīsies par 6...8 dalījumiem, notiks ūdeņraža lampas izlāde.

4.3. Izmantojot kondensatora regulēšanas skrūves, fokusējiet gaismas punktu no ūdeņraža lampas uz vāciņa krustpunktu pie kolimatora ieejas, pēc tam noņemiet vāciņu.

4.4. Atrodiet sarkanās, zaļi zilās, zilās un violetās līnijas ūdeņraža spektrā. Šis spektra apgabals atrodas aptuveni 750...3000 bungu dalījumu diapazonā. Violetai līnijai ir vāja intensitāte. Līdzās atomu ūdeņraža līnijām ūdeņraža caurules spektrā tiek novērotas molekulārā ūdeņraža līnijas vāju sarkandzeltenu, zaļu un zilu joslu veidā. Tos nedrīkst sajaukt ar skaidrajām atomu ūdeņraža līnijām.

Rotējošais cilindrs 7, izlīdziniet katru līniju ar okulāra indikatoru un veiciet cilindru skaitu saskaņā ar 11. indikatoru.

4.5. Atkārtojiet šo darbību trīs reizes katrai no četrām spektra līnijām, virzot to uz okulāra rādītāju no dažādām pusēm. Mērījumu rezultātus (N 1 ... N 3) ierakstiet 1. tabulā.

4.6. Pēc 10 minūtēm ierīce izslēgsies, norādot izslēgšanu ar zvana signālu. Ja nepieciešams to atkal ieslēgt, atkārtojiet 4.1. un 4.2. punktā minētās darbības. Lai avārijas gadījumā izslēgtu ierīci, pagrieziet pogu "SAGATAVOŠANA" pretpulksteņrādītājvirzienā. Aprēķiniet bungu skaita tabulas vērtības katrai rindai, izmantojot formulas (21…24)

1. tabula

AprēķiniAutorsrezultātusmērījumitiek darītsieslēgtsdators

Aprēķiniet bungu skaita tabulas vērtības katrai rindai, izmantojot formulas (21…24)

Absolūtās kļūdas lielumu, kas rodas, mērot bungas sadalījumu skaitu, nosaka pēc formulas:

Katras spektra līnijas viļņa garumu var noteikt no monohromatora kalibrēšanas grafika. Tomēr to ir vieglāk izdarīt, izmantojot interpolācijas formulu:

410,2+5,5493*10 -2 (N vid. -753,3)2,060510 -7 (N vid. - 753,3) 2 +

1,5700 * 10 -8 (N vid. -753,3) 3 (23)

Absolūto kļūdu katra viļņa garuma noteikšanā var aprēķināt, izmantojot interpolācijas formulu, iepriekš to diferencējot ar N CP:

d = 5,5493-10 -2 dNav- 4,121? 10 -7 (N vid. - 753,3) dN vid. +

4,7112?10 -8 (N c p - 753,3) 3 dN vid. (24)

Tagad mēs varam sākt aprēķināt Rydberg un Planck konstantes, izmantojot attiecīgi formulas (17) un (18). Absolūtās kļūdas lielumu Rydberga konstantes noteikšanā aprēķina, izmantojot formulu (19), un pēc tam relatīvo kļūdu Planka konstantes noteikšanā aprēķina, izmantojot formulu (20).

Tādējādi katrai spektrālajai līnijai mēs iegūstam savas Rydberg un Planck konstantu vērtības, kurām, stingri ņemot, vajadzētu būt vienādām visām šīm līnijām. Tomēr viļņa garuma mērījumu kļūdu rezultātā šīs vērtības nedaudz atšķiras viena no otras.

Lai iegūtu galīgo atbildi par nosakāmo konstantu vērtību, ieteicams rīkoties šādi. Ņemiet to vidējo vērtību kā Ridberga un Planka konstantu vērtību un ņemiet kļūdu maksimumu kā absolūtās kļūdas vērtību to noteikšanā. Jums tikai jāatceras, ka kļūdas vērtība ir noapaļota līdz pirmajam nozīmīgajam ciparam. Konstantu vērtība tiek noapaļota līdz skaitlim tādā pašā secībā kā kļūda. Aprēķinu rezultātus ievadiet 2. tabulā.

2. tabula.

Aprēķinu beigās pierakstiet veiktā darba rezultātus formā:

R = (R vid. ± R)?10 7 1/m

h = (h vid. ± h)?10 -34 J s

5. KONTROLEJAUTĀJUMI

5.1. Uz kādiem eksperimentāliem faktiem balstās ūdeņraža atoma Bora modelis?

5.2. Štata Bora postulāti.

5.3. Kāda ir Balmera formula?

5.4. Kas ir Ridberga konstante?

5.5. Kāda ir Bora ūdeņraža atoma teorijas būtība? Atvasiniet ūdeņraža atoma elektrona pirmās un nākamās Bora orbītas rādiusa formulu.

5.6. Atvasiniet formulu elektronu enerģijas līmeņu novietojumam ūdeņraža atomā.

5.7. Kāds ir ūdeņraža atoma enerģijas spektrs? Nosauciet ūdeņraža atoma spektrālo līniju virkni. Ko attēlo noteikta ūdeņraža atoma spektrālo līniju sērija?

LITERATŪRA

I.V. Saveļjevs. Vispārējās fizikas kurss T.3. Ed. M. “Zinātne” 1988.g.

Ievietots vietnē Allbest.ru

Līdzīgi dokumenti

Ideja par atomiem kā nedalāmām mazākajām daļiņām. Rezerforda eksperiments par alfa daļiņu izkliedi. Ūdeņraža atoma līniju spektra apsvēršana. Bora ideja par stacionāru stāvokļu esamību atomos. Frenka un Herca galveno eksperimentu apraksts.

prezentācija, pievienota 30.07.2015


To veidotā atoma, molekulas vai makrosistēmas spektra struktūras noteikšana pēc to enerģijas līmeņiem. Ūdeņraža atoma spektri un struktūra. Divatomu molekulu elektroniskie stāvokļi, elektriskās un optiskās īpašības. Molekulas ar identiskiem kodoliem.

kursa darbs, pievienots 06.10.2009


Elektrona kinētiskā enerģija. Daybrol un Compton viļņu garumi. Elektrona miera masa. Elektrona attālums no kodola neierosinātā ūdeņraža atomā. Ūdeņraža atoma spektra līniju redzamais apgabals. Masas defekts un deitērija īpatnējā saistīšanas enerģija.

tests, pievienots 12.06.2013


Komptona izkliedes kvantu teorija. Atsitiena elektrona kustības virziens. Viegls spiediens. Seriālie modeļi ūdeņraža atoma spektros. Tomsona, Rutherforda modelis. Bora postulāti. De Broglie hipotēze. Kvantu mehāniskās teorijas elementi.

prezentācija, pievienota 17.01.2014


Elementārdaļiņu klasifikācija. Fundamentālas mijiedarbības. Rezerforda atoma modelis. Bora teorija par ūdeņraža atomu. Ūdeņraža atoms kvantu mehānikā. D. Mendeļejeva periodiskā likuma kvantu mehāniskais pamatojums. Radioaktivitātes jēdziens.

abstrakts, pievienots 21.02.2010


Pusvadītāju optiskās īpašības. Gaismas absorbcijas mehānismi un to veidi. Absorbcijas koeficienta noteikšanas metodes. Selektīvi absorbējoša pārklājuma absorbcijas koeficienta spektrālās atkarības aprēķināšanas piemērs spektra redzamajā un IR daļā.

abstrakts, pievienots 12/01/2010


Elektrona raksturojums stacionāros stāvokļos. Nosacījums sfērisku funkciju ortogonalitātei. Radiālās funkcijas risinājumi. Ūdeņraža atoma enerģijas stāvokļu shēma un sērijas modeļi. Korekcijas elektronu spina dēļ.

prezentācija, pievienota 19.02.2014


Gaismas filtru darbības princips un izmantošanas īpatnības, to mērķis un galvenās funkcijas. Paņēmiens šauras spektra daļas izolēšanai, izmantojot Schott filtru kombināciju. Vienas vai vairāku to spektra līniju izcelšanas secība, dažādas krāsas un toņi.

abstrakts, pievienots 28.09.2009


Monohromatora sagatavošana darbam. Monohromatora gradācija. Nepārtraukta emisijas un absorbcijas spektra novērošana. Lāzera starojuma viļņa garuma mērīšana. Nezināmā spektra izpēte.

laboratorijas darbs, pievienots 13.03.2007


Dažādu vielu molekulu elektromagnētiskā starojuma absorbcijas spektru izpēte. Gaismas absorbcijas pamatlikumi. Molekulārās analīzes metožu izpēte: kolorimetrija, fotokolorimetrija un spektrofotometrija. Nitrītu kolorimetriskā noteikšana.

Spektrālā līnija tiek emitēta vai absorbēta pārejas rezultātā starp diviem diskrētiem enerģijas līmeņiem. Iepriekšējā nodaļā iegūtās formulas ļauj iegūt priekšstatu par ūdeņraža atoma un ūdeņražam līdzīgo jonu spektriem.

14.1. Ūdeņraža atoma spektrālās rindas

Spektrālā sērija ir pāreju kopums ar kopīgu zemāku līmeni. Piemēram, ūdeņraža atoma un ūdeņražam līdzīgu jonu Laimana sērija sastāv no pārejām uz pirmo līmeni: n→ 1, kur augšējā līmeņa galvenais kvantu skaitlis vai tā numurs n,ņem vērtības 2, 3, 4, 5 utt., un Balmer sērija - pārejas n→ 2 priekš n> 2. 14.1.1. tabulā parādīti ūdeņraža atoma dažu pirmo sēriju nosaukumi.

1. tabula 4.1.1. Ūdeņraža atoma spektrālās rindas

	Sērijas nosaukums
n → 1	Laimans (Ly)
n → 2	Balmera (H)
n → 3	Pašena (P)
n → 4	Kronšteins (B)
n → 5	Pfunda (Pf)
n → 6	Hamfrijs
n → 7	Hansens-Strongs

Ūdeņraža atoma Laimana sērija pilnībā ietilpst vakuuma ultravioletajā reģionā. Optiskajā diapazonā ir Balmer sērija, un tuvajā infrasarkanajā reģionā ir Paschen sērija. Jebkuras sērijas pirmās dažas pārejas ir numurētas ar grieķu alfabēta burtiem saskaņā ar shēmu 14.1.2. tabulā:

14.1.2. tabula Spektrālās rindas pirmo rindu apzīmējumi

Dn

Spontānas pārejas rezultātā no augšējā līmeņa i līdz apakšai j atoms izstaro kvantu, enerģiju Eij kas ir vienāda ar starpību

Radiācijas pārejas laikā no j ieslēgts i tiek absorbēts kvants ar tādu pašu enerģiju. Ūdeņraža atoma planetārajā modelī līmeņu enerģiju aprēķina, izmantojot formulu (13.5.2), un kodola lādiņš ir vienāds ar vienotību:

.

Dalot šo formulu ar hc, mēs iegūstam pārejas viļņa numuru:

Viļņa garums vakuumā ir vienāds ar viļņa skaitļa apgriezto vērtību:

Palielinoties augstākā līmeņa skaitam i pārejas viļņa garums monotoni samazinās. Šajā gadījumā līnijas bez ierobežojumiem virzās tuvāk viena otrai. Sērijas viļņa garumam ir zemāka robeža, kas atbilst jonizācijas robežai. Parasti to norāda ar sufiksu "C" blakus sērijas simbolam. 14.1.1. attēlā parādīts shematisks

pārejas, un 14.1.2. attēlā - ūdeņraža atoma Laimena rindas spektrālās līnijas.

Līmeņu un līniju koncentrācija netālu no jonizācijas robežas ir skaidri redzama.

Izmantojot formulas (1.3) un (1.4) ar Rydberga konstanti (13.6.4), mēs varam aprēķināt viļņu garumus jebkurai ūdeņraža atoma sērijai. 14.1.3. tabulā ir informācija par pirmo

14.1.3. tabula. Ūdeņraža atoma Laimana sērija

n		E 12 eV	E 12 , Ry	Viļņa garums, Å
				l exp.	l teoriju
	Ly a	10. 20	0.75	1215.67	1215.68
	Ly b	12.09	0.89	1025.72	1025.73
	Ly g	12.75	0.94	972.537	972.548
	Ly d	13.05	0.96	949.743	949.754
	LyC	13.60	1.00	______	911.763

Lyman sērijas līnijas. Pirmajā kolonnā ir norādīts augstākā līmeņa numura numurs n, otrajā - pārejas apzīmējums. Trešais un ceturtais satur attiecīgi pārejas enerģiju elektronvolti un Ridbergā. Piektajā ir izmērītie pāreju viļņu garumi, sestajā ir to teorētiskās vērtības, kas aprēķinātas, izmantojot planētu modeli. Radiācija ar l<2000Å сильно поглощается в земной атмосфере, поэтому длины волн серии Лаймана приведены для вакуума.

Laba sakritība starp teoriju un eksperimentu norāda uz Bora teorijas pamatā esošo noteikumu pamatotību. Neatbilstība angstrema simtdaļās ir saistīta ar relatīvistiskiem efektiem, kas tika minēti iepriekšējā sadaļā. Mēs tos apskatīsim tālāk.

Formula (1.4) uzrāda viļņa garumu vakuumā λvac. . Optiskajam diapazonam (λ > 2000Å) spektroskopiskās tabulas uzrāda viļņu garumus λ atm. , mērot zemes atmosfēras apstākļos. Pāreja uz λ vac. veic, reizinot ar refrakcijas koeficientu N:

(1.5) λ vac. = N·λ atm. .

Gaisa laušanas koeficientam normālā mitrumā ir derīga šāda empīriskā formula:

(1.6) N- 1 = 28,71 · 10 -5 (1 + 5,67 · 10 -3 λ 2 a tm.)

Šeit atmosfēras viļņa garums ir izteikts mikronos. Mēs varam arī aizstāt ar λvac (1.6) labajā pusē. : neliela viļņa garuma kļūda maz ietekmē vērtību N – 1.

Informācija par Balmer sēriju ( j= 2) ir ietverti 14.1.4. tabulā. Eksperimentālie pārejas viļņu garumi piektajā kolonnā ir doti

14.1.4. tabula Balmer sērija ūdeņradis

n	Līnija	Pārejas enerģija		Viļņa garums . , Å
		eV		Izmērīts atmosfērā	Teorētiski vakuumam	Teorētiski atmosfērai
	H a	1.89	0.14	6562.80	6564.70	6562.78
	H b	2.55	0.18	4861.32	4862.74	4861.27
	H g	2.86	0.21	4340.60	4341.73	4340.40
	H d	3.02	0.22	4101.73	4102.94	4101.66
		3.40	0.25	______	3647	3646

normāli atmosfēras apstākļi. Teorētiskie viļņu garumi, koriģētās refrakcijas, izmantojot formulas (1.5) un (1.6), ir norādīti pēdējā ailē. Balmer sērijas spektrālās līnijas var shematiski attēlot

Att.14.1.3. Līnijas pozīcija ir atzīmēta ar krāsainu līniju; augšā - viļņa garums angstromos, zemāk - pieņemtais pārejas apzīmējums. Galvas līnija H a atrodas spektra sarkanajā diapazonā; parasti tā kļūst par sērijas spēcīgāko līniju. Atlikušās pārejas monotoni vājinās, palielinoties augšējā skaitļa galvenajam kvantu skaitlim. H līnija b atrodas spektra zili zaļajā apgabalā, bet pārējie ir zilajā un violetajā apgabalā.

Balmera lēciena būtība

Balmera lēciens ir starojuma samazināšanās zvaigžņu spektros, kuru viļņu garums ir mazāks par 3700 Å. 14.1.4. attēlā parādīti divu zvaigžņu spektru ierakstīšanas modeļi. sarkana apmale

fotoelektriskais efekts ūdeņraža atoma jonizācijas dēļ no otrā līmeņa ir atzīmēts ar sarkanu punktētu līniju ( l=3646Å), un faktiskais Balmera lēciens ir zils ( l=3700Å). Apakšējā spektrā tas ir skaidri redzams zilā tuvumā redzama depresija līnijas. Salīdzinājumam augstāk ir redzams vadošo zvaigžņu spektrs, kuram nav nekādu funkciju diapazonā no 3600< l < 3700 Å.

Manāmā nesakritība starp sarkanajām un zilajām līnijām 14.1.4. attēlā neļauj uzskatīt fotoelektrisko efektu par tiešo aplūkojamās parādības cēloni. Šeit svarīga loma ir Balmer sērijas līniju superpozīcijai pie lielām vērtībām n. Aprēķināsim divu blakus esošo pāreju viļņu garumu ∆λ starpību: i→2 un ( i+1)→2. Formulas (1.3), (1.4) izmantosim divas reizes j= 2, aizstājot indeksu i ieslēgts n: Priekš n ? 1 var neņemt vērā, salīdzinot ar n, kā arī četri salīdzinājumā ar ( n+1) 2:

Mēs esam ieguvuši kvantitatīvu izteiksmi iepriekšminētajai jebkuras ūdeņraža sērijas augšējo locekļu neierobežotajai pieejai. Pēdējā formula, lai n> 10 precizitāte nav sliktāka par 5%.

Absorbcijas līnijām ir noteikts platums atkarībā no fiziskajiem apstākļiem zvaigznes atmosfērā. Kā aptuvenu aptuvenu to var pieņemt kā 1Å. Mēs uzskatīsim divas līnijas par neatšķiramām, ja katras no tām platums ir vienāds ar attālumu starp līnijām. Tad no (1.7) izrādās, ka līniju sapludināšanai jānotiek plkst n≈15. Aptuveni šis attēls ir novērots īstu zvaigžņu spektros. Tātad Balmera lēcienu nosaka Balmer sērijas augsto dalībnieku apvienošanās. Šo jautājumu sīkāk apspriedīsim septiņpadsmitajā nodaļā.

Balmer sērija deitērija

Smagā ūdeņraža izotopa – deitērija – kodols sastāv no protona un neitrona, un tas ir aptuveni divas reizes smagāks par ūdeņraža atoma – protona – kodolu. Ridberga konstante deitērijam R D (13.6.5.) ir lielāks par ūdeņraža vērtību R H, tāpēc deitērija līnijas ir nobīdītas uz spektra zilo pusi attiecībā pret ūdeņraža līnijām. Balmer sērijas ūdeņraža un deitērija viļņu garumi, kas izteikti angstremos, ir norādīti tabulā. 14.1.5.

14.1.5. tabula. Balmer sērijas ūdeņraža un deitērija viļņu garumi.

		deitērijs
	6562.78
	4861.27
	4340.40
	4101.66

Tritija atomu svars ir aptuveni trīs. Tās līnijas arī pakļaujas atoma planētu modeļa likumam. Tie ir zilā nobīde par aptuveni 0,6Å attiecībā pret deitērija līnijām.

14.2. Pārejas starp ļoti satrauktiem stāvokļiem

Pārejas starp blakus esošajiem ūdeņraža atoma līmeņiem ar skaitļiem n> 60 ietilpst spektra centimetru un garāko viļņu garuma diapazonos, tāpēc tos sauc par "radio līnijām". Pāreju biežums starp līmeņiem ar skaitļiem i Un j tiek iegūti no (1.3), ja abas formulas puses dala ar Planka konstanti h:

Ridberga konstante, kas izteikta hercos, ir vienāda ar

.

Formula, kas līdzīga (2.1) stāvokļiem ar n? 1 var izmantot ne tikai ūdeņraža gadījumā, bet arī jebkuram atomam. Pēc iepriekšējās nodaļas materiāla mēs varam rakstīt

Kur R(Hz), kas izteikts kā R∞ (Hz) pēc formulas (13.8.1.), kā arī R cauri R ∞ .

Pašlaik radio saites ir kļuvušas par spēcīgu starpzvaigžņu gāzes izpētes instrumentu. Tie tiek iegūti rekombinācijas rezultātā, tas ir, ūdeņraža atoma veidošanās laikā protona un elektrona sadursmes laikā ar vienlaicīgu enerģijas pārpalikuma emisiju gaismas kvanta veidā. No šejienes izriet arī to cits nosaukums – rekombinācijas radiolīnijas. Tos izstaro difūzie un planetārie miglāji, neitrāla ūdeņraža reģioni ap jonizēta ūdeņraža reģioniem un supernovas paliekas. Radio līniju emisija no kosmosa objektiem tika konstatēta viļņu garuma diapazonā no 1 mm līdz 21 m.

Radiosaites apzīmējumu sistēma ir līdzīga ūdeņraža optiskajām pārejām. Līnija ir apzīmēta ar trim simboliem. Vispirms tiek pierakstīts ķīmiskā elementa nosaukums (šajā gadījumā ūdeņradis), pēc tam zemākā līmeņa numurs un visbeidzot grieķu burts, ar kuru starpība tiek šifrēta. j - i:

Apzīmējums α β γ  δ

Atšķirība j - i 1 2 3 4

Piemēram, H109α apzīmē pāreju no ūdeņraža 110. uz 109. līmeni, un H137β apzīmē pāreju starp tā 139. un 137. līmeni. Norādīsim trīs ūdeņraža atoma pāreju frekvences un viļņu garumus, kas bieži sastopami astronomiskajā literatūrā:

Pāreja H66α  H109α H137β

n(MHz)223645008.95005.03

l(cm) 1,3405,98535,9900

Līnijas H109α un H137β vienmēr ir redzamas atsevišķi, neskatoties uz to, ka spektrā tās ir ļoti tuvu. Tas ir divu iemeslu sekas. Pirmkārt, izmantojot radioastronomijas metodes, viļņu garumus mēra ļoti precīzi: ar sešām un dažreiz septiņām pareizām zīmēm (optiskajā diapazonā parasti iegūst ne vairāk kā piecas pareizas zīmes). Otrkārt, pašas līnijas starpzvaigžņu vides klusajos reģionos ir daudz šaurākas nekā līnijas zvaigžņu atmosfērā. Retā starpzvaigžņu gāzē vienīgais līniju paplašināšanas mehānisms joprojām ir Doplera efekts, savukārt blīvās zvaigžņu atmosfērās spiediena paplašināšanai ir svarīga loma.

Ridberga konstante palielinās, palielinoties ķīmiskā elementa atomu svaram. Tāpēc He109α līnija tiek novirzīta uz augstākām frekvencēm nekā H109α līnija. Līdzīga iemesla dēļ C109α pārejas biežums ir vēl lielāks.

Tas ir parādīts 14.2.1. attēlā, kurā parādīts tipiska gāzes miglāja (NGC 1795) spektra posms. Horizontālā ass parāda frekvenci, ko mēra megahercos, un vertikālā ass parāda spilgtuma temperatūru Kelvina grādos. Attēla laukā redzams miglāja Doplera ātrums (–42,3 km/s), kas nedaudz maina līniju viļņu garumus, salīdzinot ar to laboratorijas vērtībām.

14.3. Ūdeņraža izoelektroniskā secība

Saskaņā ar definīciju, kas sniegta septītās nodaļas ceturtajā sadaļā, jonus, kas sastāv no kodola un viena elektrona, sauc par ūdeņradim līdzīgiem. Citiem vārdiem sakot, tie pieder pie ūdeņraža izoelektroniskās secības. To struktūra kvalitatīvi atgādina ūdeņraža atomu, un to jonu enerģijas līmeņu stāvoklis, kuru kodola lādiņš nav pārāk liels ( Z < 10), может быть вычислено по простой формуле (13.5.2). Однако у многозарядных ионов (Z> 20) šķiet, ka kvantitatīvās atšķirības ir saistītas ar relativistiskajiem efektiem: elektronu masas atkarību no ātruma un spin-orbīta mijiedarbība.

HeII jonu optiskās pārejas

Hēlija kodola lādiņš ir vienāds ar divi, tāpēc HeII jona visu spektrālo rindu viļņu garumi ir četras reizes mazāki nekā līdzīgu ūdeņraža atoma pāreju viļņu garumi: piemēram, H līnijas viļņa garums. a vienāds ar 1640Å.

Lyman un Balmer HeII sērijas atrodas spektra ultravioletajā daļā; un Paschen (P) un Brackett (B) sērijas daļēji ietilpst optiskajā diapazonā. Interesantākās pārejas ir apkopotas 14.3.1. tabulā. Tāpat kā Balmer ūdeņraža sērijai, ir norādīti “atmosfēras” viļņu garumi.

14.3.1. tabula. HeII jonu Paschen un Breckett sērijas viļņu garumi

Apzīmējums	P a	P b	B g	B e
Viļņa garums, Å	4686	3202	5411	4541

Ridberga konstante hēlijam ir:

.

Atzīmēsim svarīgu HeII jonu iezīmi. No 13.5.2 izriet, ka līmeņa enerģija Znūdeņradim līdzīgs jons ar kodollādiņu Z, vienāds ar līmeņa enerģiju nūdeņraža atoms. Tāpēc pārejas starp pāra līmeņiem ir 2 n un 2 m HeII jons un pārejas n → mūdeņraža atomiem ir ļoti līdzīgi viļņu garumi. Pilnīgas vienošanās trūkums galvenokārt ir saistīts ar vērtību atšķirībām R Roka R Viņš.

Attēlā 14.3.1. attēlā ir salīdzinātas ūdeņraža atoma (pa kreisi) un HeII jona (pa labi) pārejas shēmas. Punktētā līnija norāda HeII pārejas, kas praktiski sakrīt ar ūdeņraža Balmera līnijām. Nepārtrauktas līnijas iezīmē pārejas B γ, B ε un B η, kurām starp ūdeņraža līnijām nav pāra. 14.3.2. tabulas augšējā rindiņa parāda Bracket HeII sērijas viļņu garumus, bet apakšējā - Balmer sērijas ūdeņraža līnijas. Kronšteinu sērijas līnijas sauc arī par sērijām

14.3.2. tabula. Ūdeņraža atoma HeII jonu un Balmera sērijas kronšteinu sērija

Viņš II	6560 (6 → 4) B b	5411 (7 → 4) B g	4859 (8 → 4) B d	4541 (9 → 4) B ε	4339 (10→4) B ζ	4200 (11 → 4) Bη	4100 Bθ	B 13
	6563 H a	_______	4861 H b	_______	4340 H g	_______	4102 H d	______

Pikerings, nosaukts Hārvardas observatorijas direktora vārdā, kurš vispirms tos pētīja karsto zvaigžņu spektros dienvidu debesīs. Ņemiet vērā, ka Pikeringa sērija tika veiksmīgi izskaidrota tieši atoma planētas modeļa ietvaros. Tādējādi viņa palīdzēja izveidot mūsdienu uzskatus par atoma dabu.

Samazinātā masa ir lielāka smagākam ķīmiskajam elementam, tātad līmenis ar numuru 2 m hēlija jons atrodas dziļāk par līmeni mūdeņraža atoms. Līdz ar to Brackett HeII sērijas līnijas ir zilas nobīdes attiecībā pret atbilstošajām Balmer sērijas pārejām. Līnijas nobīdes relatīvais apjoms Dl /lšajā gadījumā nosaka pēc Rydberga konstantu attiecības:

Absolūtā vērtība Dl Priekš l= 6560Å ir aptuveni 3Å, saskaņā ar datiem tabulā (14.3.2.).

HeII līnijas, kas atbilst pārejām starp līmeņiem ar pāra skaitļiem, pārklājas ar ūdeņraža līnijām, jo ​​līniju platums ir daudz lielāks nekā attālums starp tām. Parasti ūdeņraža līnijas ir daudz spēcīgākas par hēlija līnijām, taču ir viens izņēmums - tās ir Wolf-Rayet tipa zvaigznes. To atmosfēras temperatūra pārsniedz 30 000 K, un hēlija saturs daļiņu skaita ziņā ir desmit reizes lielāks nekā ūdeņradis. Tāpēc tur ir daudz hēlija jonu, bet, gluži pretēji, ir maz neitrāla ūdeņraža. Rezultātā Wolf-Rayet zvaigžņu spektros visas ūdeņraža līnijas tiek novērotas tikai kā vāji HeII līniju papildinājumi. Ūdeņraža saturu šāda veida zvaigznēs aprēķina, salīdzinot Breckt HeII sērijas līniju dziļumus ar augšējā līmeņa pāra un nepāra skaitļiem: pirmie ir nedaudz lielāki ūdeņraža papildu ieguldījuma dēļ.

Parasto zvaigžņu spektros spēcīgākās absorbcijas līnijas vienmēr paliek ūdeņraža līnijas, ja atmosfēras temperatūra ir virs 10 000 K. 14.3.2.attēlā


Parādīts O3 spektrālās klases karstās zvaigznes log ieraksts. Attēlā ir skaidri redzamas Pickering sērijas līnijas un trīs Balmer līnijas.
Vēl viens ūdeņraža un HeII līniju mijiedarbības piemērs ir HeII jona P α pāreja ar viļņa garumu λ=4686Å. Šo līniju zvaigžņu spektros var novērot kā emisijas līniju, savukārt nākamais Paschen sērijas dalībnieks ir l 3202Å - apzīmē parasto absorbcijas līniju. Līniju uzvedības atšķirība ir saistīta ar to, ka augstākā līmeņa iedzīvotāji ( n= 4) līnijas l 4686 var ievērojami palielināt, absorbējot spēcīgo Ly līniju aūdeņradis: ūdeņraža atoma 2→1 pāreju un HeII jona 4→2 pāreju viļņu garumi ir ļoti tuvi. Šis process vispār neietekmē starojumu līnijā. l 3202Å, kurā abiem līmeņiem ir nepāra skaitļi (pāreja 5→3). Mijiedarbības efekts tiek vājināts, ja zemākais līmenis atrodas pietiekami augstu, piemēram, l 5411 un l 4541. Pēdējais tiek izmantots zvaigžņu spektrālajā klasifikācijā kā temperatūras kritērijs.

Pavairot uzlādētos jonus

Planētu modelis, kā mēs redzējām, ir ļoti efektīvs instruments ūdeņraža atoma un ūdeņražam līdzīgu jonu pētīšanai. Tomēr tas joprojām ir ļoti aptuvens tuvinājums reālajai atomu struktūrai un jo īpaši daudzkārt lādētiem jonam. 14.3.3. tabulā salīdzināti rezonanses pārejas Ly eksperimentālie un teorētiskie viļņu garumi. a vairākiem ūdeņradim līdzīgiem joniem, kas interesē astronomiju. Tabulas pirmajā rindā ir parādīts

14.3.3. tabula. Ūdeņradim līdzīgu jonu rezonanses pāreju viļņu garumi

l teorija, Å
l exp . , Å	303.78at i =2 un j= 1, bet trešajā - to eksperimentālās vērtības. Ja saskaņā ar 14.1.3. tabulu ūdeņraža atomam ir neatbilstība eksperimentam tikai sestajā zīmīgajā ciparā, tad HeII - piektajā, CVI un OVIII joniem - ceturtajā un FeXXVI jau trešajā zīmīgajā ciparā. . Šīs atšķirības ir saistītas ar relatīvistiskām sekām, par kurām mēs rakstījām nodaļas sākumā. Pamatojoties uz (13.7.7), mēs aprēķinām starpību starp otrā un pirmā līmeņa enerģijām: Koeficients kreisās iekavas priekšā ir vienāds ar pārejas enerģiju nerelativistiskajā tuvinājumā; to iegūst no (3.1a) pie j= 1 un i = 2: Vērtība Δ E B atbilst teorētiskajam viļņa garumam no tabulas otrās rindas (14.3.3.). Tagad mēs varam noskaidrot pārejas viļņa garumu. Lai to izdarītu, salīdziniet relatīvās korekcijas vērtību ar relatīvu atšķirību skaitļi no tabulas (14.1.3.). Aprēķinu rezultāti apkopoti tabulā (14.3.4.). 14.3.4. tabula. Relativistiskās korekcijas salīdzinājums ar eksperimentu Viņš II OVIII FeXXVI dl 6.6(–5) 6.0(–4) 1.05(–3) 9.5(–3) dR 6.6(–5) 6.0(–4) 1.06(–3) 1.1(–2) Salīdzinot tabulas otro un trešo rindu, ir iespējams iegūt labu sakritību starp teoriju un eksperimentu, pat paliekot apļveida orbītu pusklasiskā modeļa ietvaros. Manāma neatbilstība starp dR Un dl atrodas dzelzs jonos. Neskatoties uz nelielo vērtību, to nevar novērst pielietotā modeļa ietvaros: aprēķini, izmantojot formulu (13.7.5.), neizraisa rezultāta uzlabošanos. Iemesls ir planētu modeļa ar apļveida elektronu orbītām fundamentālajā trūkumā: tas saista līmeņa enerģiju tikai ar vienu kvantu skaitli. Patiesībā rezonanses pārejas augšējais līmenis ir sadalīts divos apakšlīmeņos. Šo sadalīšanu sauc smalka struktūra līmenī. Tas ir tas, kas ievieš nenoteiktību pārejas viļņa garumā. Visiem ūdeņradim līdzīgajiem joniem ir smalka struktūra, un, palielinoties kodollādiņam, šķelšanās apjoms strauji palielinās. Lai izskaidrotu smalko struktūru, mums būs jāatsakās no vienkāršā apļveida orbītu modeļa. Paliekot pusklasisko jēdzienu ietvaros, pāriesim pie eliptisku orbītu modeļa, ko sauc Bora-Zommerfelda modelis.

Darba mērķis:

1. Izpētiet ūdeņraža atoma spektra redzamo daļu.

2. Nosakiet ūdeņraža atoma Rydberga konstanti un jonizācijas enerģiju.

Darba teorētiskie pamatprincipi.

Klasiskās fizikas likumi apraksta nepārtrauktus procesus. Atoms, kas sastāv no pozitīvi lādēta kodola un to apņemošajiem elektroniem, saskaņā ar šiem likumiem būs līdzsvarā tikai tad, ja elektroni nepārtraukti pārvietojas ap kodolu noteiktās orbītās. Bet no klasiskās elektrodinamikas viedokļa elektroni, kas pārvietojas ar paātrinājumu, izstaro elektromagnētiskos viļņus, kā rezultātā tie zaudē enerģiju un pamazām nokrīt uz kodolu. Šādos apstākļos elektronu apgriezienu frekvence nepārtraukti mainās un atoma emisijas spektram jābūt nepārtrauktam. Kad elektrons ietriecas kodolā, atoms pārstāj eksistēt.

Ar vienkāršiem aprēķiniem varat pārbaudīt, vai laika intervāls, pēc kura elektrons nokritīs uz kodolu, ir 10-11 s. Eksperiments rāda, ka atomu spektri sastāv no atsevišķām līnijām vai līniju grupām. Tas viss liecina, ka procesiem, kuros piedalās mikroobjekti, ir raksturīga pārrāvums (diskrētums), un klasiskās fizikas metodes, vispārīgi runājot, nav piemērojamas intraatomisko kustību aprakstam.

1913. gadā N. Boram izdevās izveidot konsekventu teoriju, kas veiksmīgi izskaidroja ūdeņraža atoma uzbūvi. Bors paplašināja M. Planka postulātu (1900) par stabilu oscilatoru stacionāro stāvokļu esamību (kas ir nepieciešams priekšnoteikums, lai iegūtu pareizu melnā ķermeņa starojuma formulu) uz visām atomu sistēmām. Bora teorija balstās uz diviem postulātiem:

1. Atoms un atomu sistēmas var ilgstoši uzturēties tikai noteiktos (stacionāros) stāvokļos, kuros, neskatoties uz tajos notiekošo lādēto daļiņu kustībām, tās neizstaro un neuzsūc enerģiju. Šajos stāvokļos atomu sistēmām ir enerģijas, kas veido diskrētu virkni: E 1, E 2, ..., E n. Šos stāvokļus raksturo to stabilitāte: jebkuras enerģijas izmaiņas elektromagnētiskā starojuma absorbcijas vai emisijas rezultātā vai sadursmes rezultātā var notikt tikai ar pilnīgu pāreju (lēcienu) no viena stāvokļa uz otru.

2. Pārejot no viena stāvokļa citā, atomi izstaro (vai absorbē) starojumu tikai stingri noteiktā frekvencē. Izstarotais (vai absorbētais) starojums, pārejot no stāvokļa ar enerģiju E m uz stāvokli E n, ir monohromatisks, un tā frekvenci nosaka no stāvokļa

Abi postulāti ir pretrunā klasiskās elektrodinamikas prasībām. Pirmais postulāts apgalvo, ka atomi neizstaro, lai gan elektroni, kas tos veido, veic paātrinātu kustību (cirkulāciju slēgtās orbītās). Saskaņā ar otro postulātu, izstarotajām frekvencēm nav nekā kopīga ar elektronu periodisko kustību frekvencēm.

Vielas emisijas spektrs ir svarīga tās īpašība, kas ļauj noteikt tās sastāvu, dažas struktūras pazīmes, atomu un molekulu īpašības.

Gāzes atomi izstaro līniju spektrus, kas sastāv no atsevišķu spektrālo līniju grupām, ko sauc spektrālās sērijas. Vienkāršākais spektrs ir ūdeņraža atoma spektrs. Jau 1885. gadā Balmers parādīja, ka četru līniju viļņu garumus, kas atrodas spektra redzamajā daļā, var ļoti precīzi attēlot ar empīrisko formulu

kur n = 3, 4, 5, 6,…, B ir empīriska konstante.

Šīs formulas paustais modelis kļūst īpaši skaidrs, ja mēs to attēlojam tādā formā, kādā tā parasti tiek izmantota pašlaik:

Daudzumu dažreiz apzīmē un sauc spektroskopiskā viļņa numurs. Konstante tiek saukta Ridberga konstante. Tādējādi mēs beidzot saņemam

Palielinoties līnijas skaitam n, līnijas intensitāte samazinās. Samazinās arī starpība starp blakus esošo līniju viļņu numuriem. Ja n = ∞, tiek iegūta nemainīga vērtība =. Ja shematiski attēlojam ar (4) definēto spektrālo līniju atrašanās vietu un nosacīti attēlojam to intensitāti pēc līnijas garuma, iegūstam attēlu, kas parādīts 1. attēlā.

Tādu spektrālo līniju kopa, kuru secībā un intensitātes sadalījumā ir 1. attēlā parādītais modelis, tiek saukta spektrālās sērijas. Tiek saukts ierobežojošais viļņa garums, ap kuru līnijas kondensējas kā n → ∞ sērijas robeža. Sēriju, kas aprakstīta ar formulu (4), sauc par Balmera sēriju.

Kopā ar Balmer sēriju ūdeņraža atoma spektrā tika atklātas vairākas citas sērijas, kas attēlotas ar pilnīgi līdzīgām formulām.

Lyman sērija tika atrasta ultravioletajā reģionā:

Infrasarkanajā spektra reģionā tika atklāti

Paschen sērija

Kronšteinu sērija

Pfund sērija

Hamfrija sērija

Tādējādi visas zināmās atomu ūdeņraža sērijas var attēlot ar tā saukto vispārināta Balmera formula:

kur m katrā sērijā ir nemainīga vērtība, un n ir veselu skaitļu vērtību sērija, kas sākas ar m+1.

Formulas (10) fizikālās nozīmes meklējumi noveda pie ūdeņraža atoma kvantu teorijas izveides. Šrēdingera vienādojums tam ir uzrakstīts šādi:

kur Ψ(r) ir viļņa funkcija, kas raksturo elektrona stāvokli atomā, E ir elektrona kopējā enerģija.

Šī vienādojuma risinājums ir ūdeņraža atoma kopējās enerģijas iespējamo vērtību spektrs:

Saskaņā ar (1) tiek noteikts pārejas biežums starp stāvokļiem

Savukārt pēc labi zināmās formulas

Apvienojot (12), (13) un (14), mēs iegūstam:

sakrīt ar vispārināto Balmera formulu.

Ridberga konstantes (16) teorētiskā vērtība joprojām būtiski atšķiras no tās, kas eksperimentāli iegūta spektroskopiskajos mērījumos. Tas ir saistīts ar to, ka, atvasinot formulu (16), tiek izdarīti divi pieņēmumi: a) atoma kodola masa ir bezgalīgi liela salīdzinājumā ar elektrona masu (tātad simbols “∞” konstantes apzīmējumā ) un b) kodols ir nekustīgs. Patiesībā, piemēram, ūdeņraža atomam kodola masa ir tikai 1836,1 reizi lielāka par elektrona masu. Ņemot vērā šo apstākli, tiek iegūta šāda formula:

kur M ir atoma kodola masa. Šajā tuvinājumā Ridberga konstante ir atkarīga no kodola masas, un tāpēc tās vērtība dažādiem ūdeņradim līdzīgiem atomiem atšķiras viena no otras (2. att.).

2. att. 3. att

Lai iegūtu visu informācijas kopumu par atomu, ir ērti izmantot enerģijas līmeņa diagrammu (3. att.). Horizontālās līnijas atbilst dažādiem ūdeņraža atoma enerģijas stāvokļiem. Palielinoties stāvokļa skaitlim, attālums starp blakus esošajiem līmeņiem samazinās un robežās kļūst par nulli. Virs saplūšanas punkta ir nepārtraukts nekvantētu pozitīvo enerģiju apgabals. Nulles enerģijas līmeni uzskata par tā līmeņa enerģiju, kurā n = ∞. Zem šīs vērtības enerģijas līmeņi ir diskrēti. Tie atbilst atoma kopējās enerģijas negatīvajām vērtībām. Šis apstāklis ​​norāda, ka elektrona enerģija šādos stāvokļos ir mazāka par tā enerģiju, ja tas ir atdalīts no atoma un atrodas bezgalīgi lielā attālumā, tas ir, ka elektrons atrodas saistītā stāvoklī.

Nesaistīto elektronu klātbūtne nodrošina kvantu pārejas starp nepārtrauktā enerģijas spektra stāvokļiem, kā arī starp šādiem stāvokļiem un diskrēta enerģijas spektra stāvokļiem. Tas parādās kā nepārtraukts emisijas vai absorbcijas spektrs, kas uzklāts uz atoma līnijas spektra. Tāpēc spektrs nepārtrūkst pie sērijas robežas, bet turpinās aiz tās uz īsākiem viļņu garumiem, kur tas kļūst nepārtraukts. Pārejas no nepārtraukta spektra stāvokļiem (tādiem stāvokļiem, kuros atoms ir jonizēts) uz diskrēta spektra stāvokļiem pavada elektrona un pozitīvā jona rekombinācija. Iegūto starojumu sauc rekombinācija.

Atoma pāreja no normāla stāvokļa uz augstāku diskrēta spektra enerģijas līmeni ir atoma ierosināšana. Atoma pāreja no viena no diskrētā spektra līmeņiem uz nepārtrauktā spektra apgabalu pārvērš atomu par nesaistītu sistēmu. Tas ir process atoma jonizācija. Enerģijai, kas atbilst nepārtrauktā spektra sākuma viļņa numuram garo viļņu pusē (sērijas robežas viļņa skaitlim), jābūt vienādai ar jonizācijas enerģija, tas ir, enerģija, kas nepieciešama, lai atdalītu elektronu no atoma un noņemtu to bezgalīgā attālumā. Tādējādi Laimana sērijas robežas viļņa numurs dod ūdeņraža atoma jonizācijas enerģiju zemes, visstabilākajā stāvoklī.

Šajā rakstā mēs pētām pirmās četras Balmer sērijas rindiņas, kurām ir šādi apzīmējumi:

Sarkanā līnija (n = 3),

zila — zila līnija (n = 4),

zila līnija (n = 5),

Violeta līnija (n = 6).

Javorskis B. Par ko mums stāstīja ūdeņraža atoma spektrs // Kvants. - 1991. - Nr.3. - P. 44-47.

Pēc īpašas vienošanās ar žurnāla "Kvant" redakciju un redaktoriem

Kā zināms, izolētu atomu, piemēram, monatomisku gāzu vai dažu metālu tvaiku atomu, starojumu raksturo vislielākā vienkāršība. Šādi spektri ir dažādas intensitātes diskrētu spektra līniju kopums, kas atbilst dažādiem viļņu garumiem. Tos sauc par līniju spektriem.

Kvēlojot gāzēm vai tvaikiem, kuru molekulas sastāv no vairākiem atomiem, parādās svītraini spektri - spektra līniju grupu kopums. Visbeidzot, starojumam, ko izstaro sakarsēti šķidrumi un cietas vielas, ir nepārtraukts spektrs, kas satur visus iespējamos viļņu garumus.

Papildus emisijas spektriem ir arī absorbcijas spektri. Izlaidīsim, piemēram, caur nātrija tvaiku gaismu no avota, kas rada nepārtrauktu spektru. Tad nepārtrauktā spektra dzeltenajā apgabalā parādās divas tumšas līnijas - nātrija absorbcijas spektra līnijas. Spektra līniju atgriezeniskuma īpašība ir ļoti svarīga: atomi absorbē gaismu, kas satur tās spektrālās līnijas, kuras izstaro tie paši atomi. Zīmīgi, ka katra ķīmiskā elementa atoms veido līniju spektru ar unikālu spektrālo līniju kombināciju, kas atrodas dažādās vietās elektromagnētisko viļņu skalā – gan tā redzamajā apgabalā, gan blakus neredzamajā ultravioletajā un infrasarkanajā zonā. Tāpat kā uz Zemes nav divu cilvēku ar vienādām sejām, dabā nav divu ķīmisko elementu, kuru atomiem būtu vienādi spektri.

Izrādās, līniju spektri ir ļoti cieši saistīti ar atoma tā saukto valences elektronu uzvedību. Fakts ir tāds, ka elektroni atomā atrodas ap kodolu slāņos jeb apvalkos, kur elektroniem ir atšķirīga enerģija. Turklāt dažādi apvalki nesatur vienādu elektronu skaitu. Ārējā enerģijas apvalkā, tā sauktajā ārējā apvalkā, dažādiem atomiem ir atšķirīgs elektronu skaits – no viena līdz astoņiem. Piemēram, nātrija atomam ārējā apvalkā ir tikai viens elektrons, oglekļa atomam ir četri šādi “ārējie” elektroni, bet hlora – septiņi. Ķīmiķi ārējos elektronus sauc par valenci – tie nosaka atomu valenci, t.i., to spēju iekļūt ķīmiskos savienojumos ar citiem atomiem. Atomu ārējos elektronus fiziķi sauc par optiskajiem – šie elektroni nosaka visas atomu optiskās īpašības un, pirmkārt, to spektrus.

Balinera līnijas ūdeņraža atoma spektrā

Ūdeņraža atoms ir vienkāršākais no atomiem, kas sastāv tikai no viena protona (kodola) un viena elektrona. Tāpēc ūdeņraža atoma līniju spektrs ir arī vienkāršākais. Tieši ar šī spektra izpēti savu ceļu uzsāka teorētiskā spektroskopija - atomu, molekulu, vielu spektru izpēte dažādos agregācijas stāvokļos.

Pirmo reizi līnijas ūdeņraža spektrā novēroja un detalizēti aprakstīja vācu fiziķis I. Fraunhofers. Tās bija tagad slavenās Fraunhofera tumšās absorbcijas līnijas Saules spektrā. Tie rodas, kad Saules starojums iziet cauri gāzēm, kas ieskauj tās hromosfēru. Sākotnēji Fraunhofers atklāja tikai 4 līnijas, kuras vēlāk kļuva pazīstamas kā līnijas H α , H β , Hγ un H δ .

1885. gadā Bāzeles (Šveice) vidusskolas fizikas skolotājs I. Balmers rūpīgi analizēja Fraunhofera un viņa sekotāju uzņemtās fotogrāfijas un pamanīja sekojošo. Ja ievadāt kādu (kā Balmers to sauca, pamata) skaitli k, tad līniju viļņu garumi H α , H β , Hγ un Hδ var izteikt šādi:

\(~\begin(matrica) \lambda_(H_(\alpha)) = \dfrac 95 k \\ \lambda_(H_(\beta)) = \dfrac 43 k \\ \lambda_(H_(\gamma)) = \dfrac(25)(21) k \\ \lambda_(H_(\delta)) = \dfrac 98 k\end(matrix)\) .

Reizinot skaitītājus un saucējus daļās \(~\dfrac 43\) un \(~\dfrac 98\) ar 4, Balmers ieguva pārsteidzošu modeli: skaitītājus visu līniju viļņu garumu izteiksmēs var attēlot kā skaitļu kvadrātu secība -

\(~3^2, 4^2, 5^2, 6^2\) ,

un saucēji ir kā kvadrātu atšķirību secība -

\(~3^2 - 2^2, 4^2 - 2^2, 5^2 - 2^2, 6^2 - 2^2\) .

Tādējādi Balmers varēja pierakstīt vienu formulu četru līniju viļņu garumiem:

\(~\lambda = k \dfrac(n^2)(n^2 - 2^2)\) .

Kur n= 3, 4, 5 un 6 attiecīgi līnijām H α , H β , Hγ un Hδ. Ja λ mēra angstromos (1 A = 10 -10 m), tad skaitlis k saskaņā ar Balmera teikto, tas izrādās vienāds ar 3645 A.

Drīz vien ūdeņraža absorbcijas spektrā tika atklātas citas līnijas (tagad ir zināmas aptuveni 30 līnijas tikai redzamajā spektra apgabalā), un to viļņu garumi arī “iekļāvās” Balmera formulā. Par to, ar kādu precizitāti tas tiek iegūts, spriediet no tabulas, kurā parādīti novērojumu rezultāti un pirmo septiņu līniju viļņu garuma (angstrēmos) aprēķini, kuriem skaitlis n svārstās no 3 līdz 9:

Šie skaitļi parāda, ka spektroskopijā aprēķini tiek veikti ar neparastu precizitāti. Pirms spektroskopisko aprēķinu parādīšanās tika uzskatīts, ka aprēķiniem astronomijā ir vislielākā precizitāte. Taču izrādījās, ka aprēķinu precizitāte spektroskopijā ne tikai nav zemāka, bet vairākos gadījumos w pārsniedz astronomisko precizitāti.

Balmers cerēja, ka citu atomu spektrus, kas ir sarežģītāki par ūdeņradi, var aprakstīt arī ar formulām, kas ir līdzīgas viņa atklātajai formulai. Pēc viņa domām, “galvenā numura” atrašana citu elementu atomiem būs ļoti grūts uzdevums. Par laimi attiecībā uz visu atomu fiziku un jo īpaši attiecībā uz spektroskopiju, Balmers kļūdījās. Lielums k iekļuva spektrālajās formulās visu ķīmisko elementu atomu starojumam 1 [tomēr pašas formulas atšķiras no Balmera formulas ar vairākiem korekcijas terminiem].

Ridberga konstante. Pilns ūdeņraža atoma spektrs

1890. gadā zviedru spektroskopists fiziķis Rydbergs pierakstīja Balmera formulu “apgrieztā” daudzumam \(~N = \dfrac(1)(\lambda)\). To sauc par viļņa skaitli un parāda, cik viļņu garumu vakuumā ietilpst garuma vienībā. Viļņu skaitlis ir viegli saistīts ar gaismas frekvenci ν :

\(~\nu = \dfrac(c)(\lambda) = cN\) ,

Kur c- gaismas ātrums. Spektroskopija vienmēr nodarbojas ar viļņu skaitļiem, nevis frekvencēm. Tas ir saistīts ar faktu, ka viļņu garumus un līdz ar to arī viļņu skaitu eksperimentāli var noteikt ar daudz lielāku precizitāti nekā frekvences. (Ņemiet vērā, ka dažreiz viļņa numurs tiek apzīmēts ar vienu un to pašu burtu ν , tāda pati kā svārstību frekvence. Tiesa, no konteksta parasti ir skaidrs, kas tieši tiek teikts, taču dažreiz tas rada nevajadzīgu apjukumu.)

“Apgriežot” Balmera formulu, mēs iegūstam viļņa skaitlim

\(~N = \dfrac(1)(\lambda) = \dfrac(1)(k) \dfrac(n^2-4)(n^2) = \dfrac(4)(k) \left(\ dfrac(1)(2^2) - \dfrac(1)(n^2) \right)\) .

Apzīmēsim konstanto vērtību \(~\dfrac(4)(k)\) ar R(Ridberga uzvārda pirmais burts). Tad beidzot Balmera formulu var uzrakstīt tādā formā, kādā to parasti lieto:

\(~N = R \left(\dfrac(1)(2^2) - \dfrac(1)(n^2) \right)\) , kur n = 3, 4, 5, 6 ,…

Balmera formula parāda, ka, pieaugot skaitam n“kaimiņu” spektrālo līniju viļņu numuriem ir arvien līdzīgākas vērtības (starpība starp tām samazinās) - spektra līnijas tuvojas viena otrai. Visas spektrālās līnijas, kuru viļņu skaitļi ir aprēķināti, izmantojot Balmera formulu, veido Balmera spektrālo sēriju. Vislielākais Balmer sērijas spektrālo līniju skaits (37 līnijas) tika atrasts Saules hromosfēras un prominenču spektrā (uz Saules veidojās un no tās izmesti karstu gāzu mākoņi). Ridberga konstante tika mērīta ar lielu precizitāti uz Balmer sērijas līnijām. Viņa izrādījās līdzvērtīga R= 109677,581 cm -1.

Pārsteidzošā vienošanās starp ūdeņraža spektra līniju viļņu garumu mērījumu rezultātiem spektra redzamajā reģionā un aprēķiniem, izmantojot Balmera formulu, pamudināja pētniekus pētīt ūdeņraža spektru citos reģionos. Šie meklējumi vainagojās panākumiem. Papildus Balmer sērijai ūdeņraža atoma spektrā tika atklātas arī citas sērijas, un tās visas tika aprakstītas ar Balmera formulai līdzīgām spektrālajām formulām.

Tādējādi spektra tālajā ultravioletajā daļā - viļņa garuma apgabalā ~1200 A un mazāk - Laimens atklāja virkni līniju, ko tagad sauc par Laimena sēriju:

\(~N = R \left(\dfrac(1)(1^2) - \dfrac(1)(n^2) \right)\) , kur n = 2, 3, 4, …

Spektra infrasarkanajā daļā tika atklātas trīs spektrālo līniju sērijas: viļņu garuma diapazonā no 10 000 līdz 20 000 A - Paschen sērija, kas aprakstīta ar formulu

\(~N = R \left(\dfrac(1)(3^2) - \dfrac(1)(n^2) \right)\) , kur n = 4, 5, 6, …

viļņa garuma reģionā tuvu 40 000 A - Brackett sērija

\(~N = R \left(\dfrac(1)(4^2) - \dfrac(1)(n^2) \right)\) , kur n = 5, 6, …

visbeidzot, ļoti tālajā infrasarkanajā reģionā, tuvu 75 000 A — Pfund sērijai

\(~N = R \left(\dfrac(1)(5^2) - \dfrac(1)(n^2) \right)\) , kur n = 6, 7, …

Tādējādi visas spektrālās līnijas, kas noteiktas pie ūdeņraža atoma dažādās spektra daļās, var aptvert ar vienu vispārīgu formulu - Balmera-Ridberga formulu

\(~N = R \left(\dfrac(1)(m^2) - \dfrac(1)(n^2) \right)\) .

Šajā formulā katrai līniju sērijai skaitlis m ir nemainīga vērtība no 1 līdz 5: m=1, 2, 3, 4, 5 un šajā sērijā skaitlis n iegūst virkni pieaugošu skaitlisko vērtību, sākot no m + 1.

Ūdeņraža atomu emisijas spektrs ir līniju kopums, starp kuriem var izdalīt trīs līniju grupas jeb sērijas (1.13. att.).

Rīsi. 1.13. Ūdeņraža atomu emisijas spektrs.

Līniju sēriju spektra ultravioletajā apgabalā sauc par Laimena sēriju. Tās līnijas atbilst vienādojumam

Bors savienoja skaitļu vērtības šajos vienādojumos ar elektrona enerģijas līmeņu “kvantu skaitļiem” (kārtas skaitļiem) ūdeņraža atomā (1.14. att.). Kad šis elektrons atrodas pamatstāvoklī, tā kvantu skaitlis u = 1. Katra Laimena sērijas līnija atbilst ierosināta elektrona atgriešanās no viena no augstākajiem enerģijas līmeņiem pamatstāvoklī. Balmera sērija atbilst elektronu atgriešanai no dažādiem augstas enerģijas līmeņiem uz pirmo ierosināto stāvokli (līdz līmenim ar kvantu skaitli u = 2). Paschen sērija atbilst elektronu atgriešanai līmenī ar kvantu skaitli u = 3 (uz otro ierosināto stāvokli).

Pievērsīsim uzmanību tam, ka katras sērijas līnijas, viļņa garumam samazinoties, pakāpeniski tuvojas noteiktai robežai (sk. 1.13. un 1.14. att.). Šīs konverģences robežas viļņa garumu katrai sērijai nosaka atbilstošā punktētā līnija attēlos. Kvantu skaitam palielinoties, elektrona enerģijas līmeņi ūdeņraža atomā kļūst arvien blīvāki, tuvojoties noteiktai robežai. Spektrālās rindas konverģences robežas atbilst elektronu pārejām, kas atrodas šajos augstākajos enerģijas līmeņos.

Bet kas notiek, ja elektrons iegūst vēl vairāk enerģijas? Šajā gadījumā elektrons varēs atdalīties no atoma. Tā rezultātā atoms kļūs jonizēts, pārvēršoties par pozitīvi lādētu jonu. Enerģiju, kas nepieciešama elektrona ierosināšanai, lai to varētu atdalīt no atoma, sauc par jonizācijas enerģiju. Atomu jonizācijas enerģijas vērtības sniedz svarīgu informāciju par to elektronisko struktūru.