Многоэлектронные атомы

Рентгеновские спектры отличаются заметной простотой. Они состоят из нескольких серий, обозначаемых буквами К, L, М, N и О. Каждая серия насчитывает небольшое число линий, обозначаемых в порядке убывания длины волны индексами: α, β, γ и т. д. Спектры разных элементов имеют сходный характер. При увеличении атомного номера Z весь рентгеновский спектр лишь смещается в коротковолновую

часть, не меняя своей структуры. Это объясняется тем, что рентгеновские спектры возникают при переходах электронов во внутренних частях атомов, которые (части) имеют сходное строение.

Возбуждение атома состоит в удалении одного из внутренних электронов. Если под влиянием внешнего быстрого электрона или рентгеновского фотона вырывается один из двух электронов K-слоя, то освободившееся место может быть занято электроном из какого-либо внешнего слоя (L, М, N и т. д.). При этом возникает К-серия. Аналогично возникают и другие серии

Сплошной и дискретный спектр

Исследование показало, что тип спектра определяется характером светящегося объекта.

Сплошные спектры получаются в результате свечения твёрдых и жидких тел. Такие спектры дают и расплавленные металлы, а также светящиеся газы или пары, если они обладают значительной плотностью, т. е. находятся под очень высоким давлением. В частности, сплошной спектр Солнца представляет собой свечение паров высокой плотности.

Линейчатые и полосатые спектры характерны для свечения газов и паров малой плотности. Линейчатые спектры испускаются светящимися атомами. Многие газы состоят из отдельных атомов. Газы, состоящие из молекул, например, водород, кислород, пары йода и др., могут при возбуждении распадаться на атомы. Такие атомарные газы дают линейчатые спектры. Но можно вызвать свечение и целых молекул, не разбивая их на атомы. В таком случае испускаются полосатые спектры. При возбуждении таких многоатомных газов или паров нередко происходит частичная диссоциация и наблюдается одновременно и линейчатый и полосатый спектр.

Свечение атомов и молекул можно вызвать нагреванием. Если повышать давление светящегося пара или газа, то спектральные линии начинают расширяться, захватывая больший спектральный интервал. При очень больших давлениях (сотни и больше атмосфер0 линейчатый спектр постепенно переходит в сплошной, характерный для сжатых газов.

Закон Мозли и эффект экранирования ядра

Мозли (1913) установил простой закон, связывающий частоты спектральных линий с атомным номером испускающего их элемента:

= С(z - )

Закон Мозли можно сформулировать следующим образом: корень квадратный из частоты является линейной функцией атомного номера. Константа сохраняет своё значение в пределах одной и той же серии для всех элементов, но меняется при переходе от одной серии к другой. По измерениям Мозли = 1 для К-серии и = 7,5 для L-серии. Константа С имеет своё значение для каждой линии, одинаковое, однако, для всех элементов.

Зависимость, установленная Мозли, позволяет по измеренной длине волны рентгеновских линий точно установить атомный номер данного элемента.

Мозли дал простое теоретическое объяснение найденного им закона. Он установил, что для линии Кα константа С имеет значение, равное , где R – постоянная Ридберга. Следовательно, для этой линии

ω = R(Z – 1)2 -

Линия такой же частоты получается при переходе электрона, находящегося в поле заряда (Z – 1)e, с уровня 2 на уровень 1.

Смысл константы σ легко понять: электроны, совершающие переход при испускании рентгеновских лучей, находятся под воздействием ядра, притяжение которого несколько ослаблено действием остальных окружающих его электронов. Это так называемый эффект экранирования ядра, находит своё выражение в необходимости вычесть из Z некоторую величину σ.

На какой-либо электрон одной из внутренних оболочек дальше отстоящие от ядра электроны воздействуют слабо, т. к. создаваемое ими внутри поле в среднем равно нулю. Поэтому внутренние электроны находятся в основном лишь под воздействием поля ядра и электронов, находящихся ближе к ядру. Таким образом, поправка σ вызывается наличием более глубоких электронов и слабым возмущением со стороны остальных электронов.

Список литературы

1. Элементарный учебник физики. Под редакцией Г. С. Ландсберга. Том 3 – М.: Наука, 1972 г.

2. Курс общей физики, том 3. Оптика, атомная физика, физика атомного ядра и элементарных частиц. Савельев И. В. – М.: Наука, 1971 г.

 Скачать реферат