формулою Бальмера:
? =R (),
де m має в кожній даної серії постійне значення, m=1,2,3,4,5,6 (визначає серію), nпрінімает цілочисельні значення починаючи з m + 1 (визначає окремі лінії цієї серії ).
Дослідження більше суцільних спектрів - спектрів парів лужних металів (наприклад, Li, Na, K) - показало, що вони представляються набором незакономерно розташованих ліній. Ридберг вдалося розділити їх на три серії, кожна з яких розташовується подібно лініях бальмеровской серії [3].
Сукупність усіх частот (довжин хвиль) електромагнітного випромінювання називають електромагнітним спектром. Інтервал довжин хвиль розбивають на області:
· ультрафіолетова (УФ);
· видима;
· інфрачервона (ІЧ).
Рис.1.2 Області оптичного випромінювання
Видимий спектр простягається від 750 нм (червона межа) до 400 нм (фіолетова кордон). Світло цих довжин хвиль сприймається людським оком, і саме на цю область припадає велике число спектральних ліній атомів. Енергії, яку повідомляють молекулі речовини випромінювання УФ- і видимій частині спектру, достатньо, щоб викликати зміну електронного стану молекули. Енергія ІЧ-променів менше, тому її виявляється достатньо тільки для того, щоб викликати зміна енергії коливальних і обертальних переходів в молекулі речовини. Таким чином, в різних частинах спектра можна отримати різну інформацію про стан, властивості і будову речовин.
Структура спектра атома, молекули або утвореної ними макросистеми визначається їх енергетичними рівнями. Згідно законам квантової механіки, кожен енергетичний рівень відповідає певному квантовому станом. Електрони і ядра в такому стані скоюють характерні періодичні рухи, для яких енергія, орбітальний момент кількості руху та інші фізичні величини суворо визначені і квантованими, тобто приймають лише дозволені дискретні значення, відповідні цілим і напівцілим значенням квантових чисел. Якщо відомі сили, що зв'язують електрони і ядра в єдину систему, то за законами квантової механіки можна розрахувати її рівні енергії і квантові числа, а також передбачити інтенсивності і частоти спектральних ліній. З іншого боку, аналізуючи спектр конкретної системи, можна визначити енергії і квантові числа станів, а також зробити висновки щодо діючих у ній сил. Таким чином, спектроскопія є основним джерелом відомостей про квантово-механічних величинах і про будову атомів і молекул.
В атомі найбільш сильна взаємодія між ядром і електронами обумовлено електростатичними, або кулоновскими силами. Кожен електрон притягається до ядра і відштовхується усіма іншими електронами. Ця взаємодія визначає структуру енергетичних рівнів електронів. Зовнішні (валентні) електрони, переходячи з рівня на рівень, випускають або поглинають випромінювання в ближній інфрачервоній, видимій і ультрафіолетовій областях. Енергії переходів між рівнями внутрішніх оболонок відповідають вакуумній ультрафіолетовій і рентгенівській областям спектра. Більш слабким є вплив електричного поля на магнітні моменти електронів. Це призводить до розщеплення електронних рівнів енергії і, відповідно, кожної спектральної лінії на компоненти (тонка структура). Крім того, ядро, що володіє ядерною моментом, може взаємодіяти з електричним полем орбітальних електронів, викликаючи додаткове надтонке розщеплення рівнів енергії [9].
При зближенні двох або більше атомів між їх електронами і ядрами починають діяти сили взаємного тяжіння і відштовхування. Підсумковий баланс сил може призвести до зменшення повної енергії системи атомів - в цьому випадку утворюється стабільна молекула. Будова молекули в основному визначається валентними електронами атомів, а молекулярні зв'язки підкоряються законам квантової механіки. У молекулі найбільш часто зустрічаються іонні та ковалентні зв'язки. Атоми в молекулі відчувають безперервні коливання, а сама молекула обертається як ціле, тому у неї виникають нові енергетичні рівні, відсутні в ізольованих атомах. Енергії обертання менше коливальних енергій, а коливальні - менше електронних. Таким чином, в молекулі кожний електронний рівень енергії розщеплюється на ряд близько розташованих коливальних рівнів, а кожен коливальний рівень, у свою чергу, на тісно розташовані обертальні підрівні. У результаті в молекулярних спектрах коливальні переходи мають обертальну структуру, а електронні - коливальну і обертальну. Переходи між обертальними рівнями одного і того ж коливального стану потрапляють у дальню інфрачервону і мікрохвильову області, а переходи між коливальними рівнями одного і того ж електронного стану відповідають по частотах інфрачервоній області. Завдяки розщепленню коливальних рівнів на обертальні підрівні кожен перехід розпадається на...
