рактеру заповнення електронних оболонок призводить до періодичності фізичних і хімічних властивостей елементів.
Так з позицій квантової механіки можна описати всі елементи періодичної системи Менделєєва. Взаємодія електронів між собою призводить до появи деяких особливостей в періодичній таблиці (лантаніди, актинідії та ін.), Які ми тут обговорювати не будемо.
хвильової атом орбіталь рентгенівський
5. Рентгенівські спектри
Джерелом рентгенівського випромінювання зазвичай є рентгенівська трубка, в якій прискорені електричним полем електрони бомбардують анод. Що виникає при цьому електромагнітне випромінювання має довжину хвилі ? ~ 10 - 12 - 10 - 8 м.
Спектр рентгенівського випромінювання являє собою накладення безперервного і лінійчастого спектрів. При цьому безперервний спектр обмежений з боку коротких довжин деяким значенням ? min . Безперервний рентгенівський спектр обговорювалося в розділі 6.
Лінійчатий спектр рентгенівського випромінювання пов'язаний з переходами електронів, розташованих на глибинних електронних оболонках. Частота рентгенівського випромінювання визначається законом Мозлі:
.
Тут ? - постійна екранування, яка враховує вплив електронної хмари, R - постійна Рідберга, Z - заряд ядра. Закон Мозлі подібний узагальненої формулою Бальмера.
Серії рентгенівського випромінювання позначають буквами K, L, M, N, O. При переході від легких елементів до важких структура спектра не змінюється, він просто зміщується в бік коротких хвиль. Освіта рентгенівських серій схематично показано нижче
Для лінії К? серії К маємо ?=1 і закон Мозлі приймає вигляд
.
Рентгенівські промені мають коротку довжину хвилі і для вивчення їх дифракції звичайні макроскопічні дифракційні решітки непридатні. Роль дифракційної решітки може виконувати атомна решітка кристала. У розділі, присвяченому дифракції була отримана формула Брегга - Вульфа
.
Розглядаючи дифракцію рентгенівських променів, можна визначити відстань між атомними площинами. Повертаючи кристал, можна визначити тип його кристалічної структури. Для дослідження атомної структури різних кристалів і сполук створені спеціальні розділи фізики: рентгеноструктурний і рентгеноспектральний аналіз.
. Вимушене випромінювання
Поглинаючи фотон, електрон може перейти на більш високий енергетичний рівень. Існує загальний фізичний п?? інципіт, згідно з яким в стані рівноваги будь-яке фізичне система прагне до стану з мінімальною енергією. У відповідності з цим принципом, збуджений електрон повернеться в початковий стан, випустивши при цьому фотон із частотою, обумовленою формулою
.
Проаналізуємо різні способи випромінювання. Для простоти розглянемо переходи електронів між двома рівнями
Спонтанним випромінюванням називають процес випускання фотона без будь-яких зовнішніх впливів. Спонтанне (мимовільне) випромінювання визначається ймовірністю переходу або часом життя атома у збудженому стані. Спонтанне випромінювання некогерентно.
Ейнштейн припустив, що крім поглинання і спонтанного випромінювання фотонів існує вимушене випромінювання.
Вимушеним випромінюванням називають процес випускання фотона під впливом зовнішнього впливу. В якості такого зовнішнього впливу найчастіше виступає зовнішнє випромінювання з частотою
.
При цьому атом випромінює фотон, відрізнити від падаючого, тобто вимушене випромінювання є когерентним. Напрямок фотона, вимушеного випромінювання збігається з напрямком фотона змушує випромінювання. Існування вимушеного випромінювання є основою для створення лазерів.
Розглянемо вимушене випромінювання більш докладно. У статистичній фізиці справедливий принцип детального рівноваги, згідно з яким при термодинамічній рівновазі швидкості протікання прямого і зворотного процесів однакові. Рухомі в середовищі фотони беруть участь у двох процесах: 1) переводять електрони з основного стану в збуджений; 2) викликають вимушене випромінювання, при якому електрони переходять із збудженого стану в основний, випускаючи фотон. При звичайних умовах переважає перший процес і інтенсивність випромінювання зменшується.
заселених енергетичного рівня називають число електронів, що знаходяться на цьому рівні. При рівновазі заселеність нижніх енергетичних рівнів набагато вище, ніж вищих і визначається принципом детального рівноваги.
Використовуючи принцип детального рівноваги, виведемо формулу Планка для щільності енергії випромінювання. Для цього розглянемо переходи е...
