51 (158)

218

218

posiadają

Ponieważ różne izotopy tego samego pierwiastka

w jądrach swoich atomów oprócz tej samej liczby protonów _(i więc tego samego ładunku *Ze) różne liczby neutronów, to wartości odpowiadających im stałych Rydberga (22.6) są różne. Tym samym linie widm emisyjnych różnych izotopów tego samego pierwiastka są nieznacznie przesunięte względem siebie.

Subtelna struktura widm energetycznych

Model atomu wodoropodobnego dobrze opisuje linie widmowe nie tylko wodoru, lecz także wodoropodobnych jonów. Ogólniejszy i dokładniejszy opis praw rządzących widmami emisyjnymi atomów (zwłaszcza wieloelektronowych) uzyskuje się na gruncie mechaniki kwantowej. Uwzględnienie efektów związanych ze spinem elektronu (spin elektronu jest jego własnością pierwotną) oraz efektów relatywistycznych wynikających z bardzo dużych prędkości ruchu elektronu w atomie prowadzi do wytłumaczenia obserwowanej doświadczalnie tzw. subtelnej struktury widma emisyjnego atomów. Okazuje się mianowicie, iż wartość energii stanu stacjonarnego elektronu w atomie zależy nie tylko od wartości głównej liczby kwantowej n, lecz także od całkowitej wewnętrznej liczby kwantowej j określającej wypadkowy moment pędu atomu, a tym samym od tzw. orbitalnej 1 i spinowej s liczb kwantowych (patrz rozdziały 23 i 32). Powoduje to powstanie subtelnej struktury poziomów energetycznych (dla każdej wartości n obserwuje się kilka poziomów związanych z różnymi wartościami j ) .

Stan energetyczny elektronu w atomie opisuje się w sposób symboliczny

n^k M° 3

(22.7)

gdzie n oznacza główną liczbę kwantową, k - indeks tzw. krotności (multipletowości poziomu energetycznego), j -wewnętrzną liczbę kwantową, M - symbol podpoziomu energetycznego, indeks ° oznacza ewentualną nieparzystość poziomu energetycznego.

■r

- ai» -

O nieparzystoścl stanu energetycznego mówimy wówczas, gdy »««»*    1_Ł    wartości orbitalnych liczb kwantowych

realizujących dany atan energetyczny jest liczbą nieparzysta

Wewnętrzna liczba kwantowa j przyjmuje wartości j-ll«-sj,

(1+s-l) ,    ...    |l-s|, Każda) z tych wartości odpowiada inna

wartość energii danego stanu energetycznego, zwana energią

podpoziomu energetycznego. Liczba k określająca liczbą tych podpoziomów energetycznych (tzw. krotność lub multipletowośc poziomu energetycznego), czyli liczba rólnych wartości j wynosi k-2s+l, , gdy 1>8 oraz k-21+1 gdy l<a .

Symbol M    podpoziomu energetycznego przyjmuje rótne,

tradycyjne oznaczenia w zależności od wartości orbitalnej liczby kwantowej 1, np. M-s gdy 1-0, M-p, gdy 1-1, M-d, gdy 1-2, M-f, gdy 1-3, H-g, gdy 1-4 ltd.

Reguły wyboru przejść kwantowych

Zbiór wszystkich możliwych stanów energetycznych elektronu w atomie nie określa realnego widma promieniowania emisyjnego lub absorpcyjnego tego atomu, bowiem nie wszystkie przejścia pomiędzy istniejącymi stanami energetycznymi są praktycznie możliwe. Prawdopodobieństwo zajścia niektórych przejść energetycznych jest bardzo małe - raówimy₍ iż przejścia takie są wzbronione. Jeżeli wszystkie przejścia z jakiegoś wysokiego poziomu energetycznego są wzbronione, to czas przebywania elektronu w tym stanie jest długi, a dany stan energetyczny nosi nazę stanu raetastabilnego. Poziomy metastabilne spełniają istotną rolę w funkcjonowaniu laserów (patrz rozdziały 29 i 43).

Gdy prawdopodobieństwo zajścia przejścia energetycznego jest duże, to mówimy o przejściu energetycznym dozwolonym. Przejścia takie spełniają tzw. reguły wyboru przejść kwantowych

Al » ± 1

oraz

Aj - 0 , t 1

(22.8)