Рентгенови спектри на атомите
Честотите на излъчване, излъчвано от атомите, са в много широк диапазон от честотите на инфрачервеното излъчване до честотите на рентгеновите лъчи.та радиация. Електромагнитното излъчване на оптичния честотен спектър възниква, когато един от външните (оптични) електрони преминава от възбудено състояние в основно състояние. Квант характерен наемгенното излъчване се ражда, когато електрон преминава в един от вътрешнитевътрешните слоеве на атома, когато има свободно състояние.
Рентгеновите лъчи се генерират в специални рентгенови тръбипри бомбардиране на антикатода с високоенергийни електрони (виж фиг. 17.5). Рентгеново излъчване, генерирано от електрическо спиранетронове в материята, има непрекъснат честотен спектър, който не зависи от материала на антикатода. Когато енергията на антикатодната бомбардировка етронове е достатъчно голям, някои от тях, сблъсквайки се с атоми, избиват електрони от вътрешните им слоеве. След известно време електрон от слой с по-голям радиус преминава на свободното място. По време на такива преходи атомът излъчва кванти рентгеново лъчение, чиито честоти са характерни само за този атом. Спектралните линии на характерното рентгеново лъчение са видими на фона на непрекъснатия спектър на тормозно излъчване (виж фиг. 17.6). Рентгеновите спектри на атомите, за разлика от техните оптични спектри, имат проста структура, която е еднаква за всички атоми. Те се състоят от няколко серии, които са обозначени с букви K, L, M и т.н. Всяка серия не съдържаголям брой линии, посочени в низходящ ред на дължината на вълната чрез индекси α, β, γ, . които пишат в символа на поредицата: Kα, Kβ…, Lα, Lβ, .
Английският физик Хенри Моузли открива през 1913 г. закон, отнасящ се до честотата на която и да е линия от характерното рентгеново лъчениесъс сериен номер Z. атомът, излъчващ това излъчване:
(21,57)
където стойността σ има една и съща стойност за всички редове от една и съща серия, стойността С за всеки ред приема собствена стойност, но за всички атоми еднакво, т.е. независимо от серийния номер. За всички линии от серията K σ = 1, за линии от серия L σ = 7.5 .
Да разгледаме един от електроните на атома, който е в номерирания слой P. Въздействието върху този електрон от други електроново може да се изчисли приблизително, ако вземем предвид, че електронните облаци имат почти сферично симетрична форма. Както знаете от elekтръстика, няма електрическо поле вътре в заредената сфераem, а извън сферата е същото като полето на точков заряд. Следователно само тези електрони ще повлияят на разглеждания електрон.троновете на атома, които са в един слой с него или в слоеве по-малкоширок радиус. Нека броят на такива електрони да бъде σn. Тогава можем да приемем, че разглежданият електрон се движи в кулоновското поле на заряда д ( Z - σn ). В този случай енергията на този електрон, като се вземе предвид формула (21.32), може да бъде представена във формата
(21,58)
Описаните от тази формула нива на електронна енергия са показани на фиг. 21.6.
Формула (21.58) води до следния израз за спектъра настотици характерни рентгенови лъчи:
Ако поставим тук приблизително, тогава стигаме до формулата
(21,59)
който изразява закона на Моузли.
Фигура: 21.6. Диаграма на енергийните нива, съответстващи на различниелектронните слоеве на атома. Стрелките показват преходите на електрическотопрестоли от една държава в друга,
Линия Kα Рентгеновото лъчение се излъчва от атом, когато електрон преминава от L-слоя (н2 = 2) в ДА СЕ-слой(н1 = 1). За честоти Ка-линейна формула (21.59) приема формата
Един прост метод за определяне на поредния номер се основава на закона на Моузлимярка на елемент в периодичната таблица. Така например, чрез измерване на честотата Kα-линията на рентгеново излъчване, излъчвана от някакъв атом, използвайки формулата (21.60), можете да изчислите серийния номер Z. този атом.
Фигура: Диаграма на Моузли
6. Физическият смисъл на появата на линейни характерни рентгенови спектри беше изяснен в теорията на Бор за атома.
Както видяхме в § 14.5, в атомите с голямо атомно число Z, вътрешните електронни обвивки K, L, M и други са напълно запълнени с електрони. Когато електрон се отстрани от една от вътрешните обвивки, електрон от черупката, по-далеч от ядрото, се прехвърля на свободното място и се излъчва рентгенов фотон. Ако например,