CERCETAREA INVELISULUI ELECTRONIC CU AJUTORUL SPECTRELOR ATOMICE

CERCETAREA INVELISULUI ELECTRONIC CU AJUTORUL SPECTRELOR ATOMICE

Spectrele atomilor reflecta direct modul in care se face absorbtia si emisia energiei de catre atomi, ceea ce duce la obtinerea de date referitoare la structura invelisului de electroni, stabilindu-se ca electronii sunt aranjati in straturi si substraturi.

Astfel, daca intr-un tub Crookes se supune descarcarilor electrice un gaz, acesta va emite o gama larga de radiatii avand diferite lungimi de unda. Analizate cu un aparat numit spectrograf, aceste radiatii apar sub forma unui numar de linii ce constituie spectrul de linii al atomilor gazului respectiv, sau spectrul atomic. Aparitia acestui spectru se datoreste faptului ca atomii aflati in tub, fiind bombardati cu electronii emisi de catod, absorb energie si trec in stare excitata, stare in care ei se afla un timp foarte scurt (10^-7 s) revenind in starea initiala, starea fundamentala, prin emisia energiei absorbite sub forma de radiatii. Acestea, analizate cu spectrograful, apar sub forma liniilor amintite.

Un spectru de linii este format dintr-un numar de linii spectrale caracterizate prin lungimea de unda l si frecventa n. Intre l si n exista relatia l = c/n, c fiind viteza luminii in vid. Liniile spectrale se grupeaza in serii spectrale care se situeaza in diferite regiuni ale spectrului ( liniile ce compun o serie se noteaza cu a, b, g ). O serie spectrala este caracterizata de numarul de unda n , prin care se intelege reciproca lungimii de unda (1/l) sau numarul de lungimi de unda pe centimetru liniar de spectru (10^-2 m):

n l =      n c10^-2 m^-1 (1.1.)

1. Spectrul atomului de hidrogen

In cazul hidrogenului, spectrul in domeniul vizibil (370- 700 nm) este format din circa 40 de linii ce constituie seria lui Balmer. Acolo unde nu se mai disting linii, spectrul de linii transformandu-se in spectru continuu (fig. 4), apare limita seriei (LS).

Figura 4. Spectrul atomului de hidrogen (seria lui Balmer).

Lungimile de unda pentru fiecare linie din seria amintita se pot calcula cu ajutorul formulei lui Balmer:

(1.2.)

unde n₂>2 (ia valorile 3, 4, 5) iar R este constanta lui Rydberg (R=1,096775810⁷ m^-1).

Spectrul hidrogenului contine pe langa seria Balmer si alte patru serii asemanatoare. Astfel, o serie este situata la lungimi de unda mai mici in domeniul ultraviolet (sub 350 nm) si poarta numele de seria Lyman, iar alte trei serii numite Paschen, Brackett si Pfund sunt situate in domeniul infrarosu (peste 700 nm). Formula generala a seriilor spectrale este urmatoarea:

(1.3.)

in care n₁ ia valori de la 1 la 5 pentru fiecare serie in ordinea : Lyman (n₁=1), Balmer (n₁=2), Paschen (n₁=3), Brackett (n₁=4), Pfund (n₁=5) iar n₂ > n₁. In aceasta formula, T₂ si T₁ constituie termeni spectrali si anume, T₂ este termen constant (acelasi pentru fiecare serie) iar T₁ termen curent (se modifica pentru fiecare linie din serie).

Fiecarui termen spectral ii corespunde un anumit nivel de energie al atomului. Astfel, un electron situat intr-un atom aflat in starea fundamentala, ceea ce corespunde termenului spectral cu cea mai mica valoare energetica, poate absorbi energie trecand la un nivel energetic superior. Cand electronul trece de la un nivel superior de energie E₂ la unul inferior E₁, atomul emite energia absorbita E₂-E₁ sub forma de lumina. Din studiul spectrului hidrogenului, rezulta deci ca in atomi exista niveluri de energie discrete, iar trecerea atomilor de la un nivel energetic la altul are loc cu emisie sau absorbtie de energie. Pentru intelegerea mecanismului acestor fenomene se da in continuare teoria cuantica si aplicarea ei de catre Niels Bohr la elaborarea unui nou model atomic.