Poziomy wodoru, widma i jonizacja: kiedy foton pasuje do atomu?

Potrzebne wiadomości: Energia fotonu, potęgi i różnice energii.

Dyskretne poziomy i kontinuum

W przybliżonym modelu wodoru E_n=-13{,}6\,\mathrm{eV}/n^2, gdzie n jest dodatnią liczbą całkowitą. Zero wybrano dla oddzielonego elektronu i protonu bez względnej energii kinetycznej. Stan podstawowy ma n=1; większe n oznacza energię mniej ujemną, nie silniejsze związanie.

Foton emisji niesie różnicę E_\gamma=E_{pocz}-E_{konc}>0. Przy absorpcji między poziomami związanymi jego energia musi odpowiadać dozwolonemu przejściu z uwzględnieniem szerokości linii. Energia większa od progu jonizacji może oderwać elektron, a nadwyżka trafić głównie w jego ruch. Nie trzeba dopasować nadwyżki do kolejnego dyskretnego poziomu.

Przykład

Dla n=2 energia wynosi −3,4 eV, więc jonizacja z tego stanu wymaga 3,4 eV, a nie 13,6 eV. Przejście z n=2 do n=1 uwalnia 10,2 eV. Te dwie różnice dotyczą różnych stanów końcowych.

Model Bohra poprawnie porządkuje część energii wodoru, ale nie opisuje ogólnie wieloelektronowych atomów ani wszystkich szczegółów widma. Nie należy traktować obrazu klasycznych orbit jako pełnego opisu kwantowego. Linie emisyjne i absorpcyjne zależą też od obsadzenia poziomów, dozwolonych przejść, warunków gazu i rozdzielczości pomiaru.

Przejścia kończące się na n=1 tworzą serię Lymana, na n=2 serię Balmera, a na n=3 serię Paschena. Położenia linii każdej serii zbliżają się ku jej granicy wraz ze wzrostem poziomu początkowego. Nazwa serii określa wspólny poziom końcowy emisji, nie jedną długość fali.

Zadania do tego tematu

• Jonizacja wodoru ze stanu o n równym cztery
• Foton w przejściu między piątym i drugim poziomem
• Foton jonizujący atom już wzbudzony

Dalsza lektura

Materiał referencyjny