Diffuse Serie - Diffuse series

Die diffuse Reihe ist eine Reihe von Spektrallinien im atomaren Emissionsspektrum, die entstehen, wenn Elektronen zwischen dem niedrigsten p-Orbital und dem d-Orbital eines Atoms springen. Der gesamte Bahndrehimpuls ändert sich zwischen 1 und 2. Die Spektrallinien umfassen einige im sichtbaren Licht und können bis ins Ultraviolett oder nahe Infrarot reichen. Die Linien kommen mit zunehmender Frequenz immer näher zusammen, wobei die Reihengrenze nie überschritten wird. Die diffuse Reihe war wichtig für die Entwicklung des Verständnisses von Elektronenschalen und Unterschalen in Atomen. Die diffuse Reihe hat dem d -Atomorbital oder der Unterschale den Buchstaben d gegeben.

Die diffuse Reihe hat Werte gegeben durch

${\displaystyle v={\frac {R}{\left[2+p\right]^{2}}}-{\frac {R}{\left[m+d\right]^{2}}} mit\ m=2,3,4,5,6,...}$

Die Reihe wird durch Übergänge vom niedrigsten P-Zustand zu höherenergetischen D-Orbitalen verursacht. Eine Terminologie zur Identifizierung der Linien ist: 1P-mD Aber beachten Sie, dass 1P nur den niedrigsten P-Zustand in der Valenzschale eines Atoms bedeutet und dass die moderne Bezeichnung bei 2P beginnen würde und für Atome mit höherer Ordnungszahl größer ist.

Die Begriffe können unterschiedliche Bezeichnungen haben, mD für Einliniensysteme, mδ für Dubletts und md für Tripletts.

Da das Elektron im D-Unterschalenzustand nicht das niedrigste Energieniveau für das Alkaliatom ist (das S ist), zeigt sich die diffuse Reihe nicht als Absorption in einem kühlen Gas, sondern als Emissionslinien. Die Rydberg-Korrektur ist für den S-Term am größten, da das Elektron mehr in den inneren Kern der Elektronen eindringt.

Der Grenzwert für die Reihe entspricht der Elektronenemission , bei der das Elektron so viel Energie hat, dass es dem Atom entweicht.

In Alkalimetallen werden die P-Terme gespalten und . Dies führt dazu, dass die Spektrallinien Dubletts sind , mit einem konstanten Abstand zwischen den beiden Teilen der Doppellinie. ${\displaystyle 2P_{\frac {3}{2}}}$${\displaystyle 2P_{\frac {1}{2}}}$

Diese Aufspaltung wird als Feinstruktur bezeichnet. Bei Atomen mit höherer Ordnungszahl ist die Aufspaltung größer. Die Aufspaltung nimmt zur Reihengrenze hin ab. Eine weitere Aufspaltung tritt auf der röteren Linie des Dubletts auf. Dies liegt an der Aufteilung in der D-Ebene und . Die Aufteilung in der D-Ebene hat einen geringeren Betrag als die P-Ebene und verringert sich, wenn sich die Seriengrenze nähert. ${\displaystyle nd^{2}D_{\frac {3}{2}}}$${\displaystyle nd^{2}D_{\frac {5}{2}}}$

Geschichte

Die diffuse Serie verwendet , um die erste untergeordnete Reihe genannt werden, mit der scharfen Serie der zweite untergeordneten ist, wobei beide untergeordnet die Hauptserie .

Gesetze für Alkalimetalle

Die diffuse Reihengrenze ist die gleiche wie die scharfe Reihengrenze. In den späten 1800er Jahren wurden diese beiden als Ergänzungsserien bezeichnet.

Spektrallinien der diffusen Reihe werden in der sogenannten Feinstruktur in drei Linien aufgespalten . Diese Linien bewirken, dass die Gesamtlinie diffus aussieht. Der Grund dafür ist, dass sowohl das P- als auch das D-Niveau in zwei eng beieinander liegende Energien aufgespalten werden. P ist aufgeteilt in . D ist aufgeteilt in . Es können nur drei der möglichen vier Übergänge stattfinden, da die Drehimpulsänderung nicht größer als eins sein kann. ${\displaystyle P_{\frac {1}{2}}\ und\ P_{\frac {3}{2}}}$${\displaystyle D_{\frac {3}{2}}\ und\ D_{\frac {5}{2}}}$

1896 formulierte Arthur Schuster sein Gesetz: "Wenn wir die Frequenz der Grundschwingung von der Konvergenzfrequenz der Hauptreihe abziehen, erhalten wir die Konvergenzfrequenz der Ergänzungsreihe". In der nächsten Ausgabe der Zeitschrift stellte er jedoch fest, dass Rydberg die Idee einige Monate zuvor veröffentlicht hatte.

Rydberg-Schuster-Gesetz: Bei Verwendung von Wellenzahlen ist die Differenz zwischen den diffusen und scharfen Reihengrenzen und der Hauptreihengrenze der gleiche wie beim ersten Übergang in der Hauptreihe.

Diese Differenz ist das niedrigste P-Niveau.

Rungesches Gesetz: Bei Verwendung von Wellenzahlen ist die Differenz zwischen dem diffusen Reihengrenzwert und dem fundamentalen Reihengrenzwert der gleiche wie beim ersten Übergang in der diffusen Reihe.

Diese Differenz ist die niedrigste Energie des D-Niveaus.

Lithium

Lithium hat eine diffuse Reihe mit diffusen Linien im Durchschnitt um 6103,53, 4603,0, 4132,3, 3915,0 und 3794,7 Å.

Natrium

Diagramm, das die Wellenlängen der diffusen Reihe von Natrium gegen N ⁻² (inverses Quadrat) zeigt, wobei verschiedene Startpunkte von n angenommen werden. Blaue Raute beginnt mit n=2, rotes Quadrat beginnt mit n=3, grünes Dreieck beginnt mit n=4, violettes X beginnt mit n=5. Erst mit Start n von 3 wird eine Gerade erreicht

Die Natrium-Diffus-Reihe hat Wellenzahlen, die gegeben sind durch: ${\displaystyle \nu_{d}=R\left({\frac {Z_{3p}^{2}}{3^{2}}}-{\frac {Z_{nd}^{2}}{ n^{2}}}\right)n=3,4,5,6,...}$

Die scharfe Reihe hat Wellenzahlen, die gegeben sind durch: ${\displaystyle \nu_{s}=R\left({\frac {Z_{3p}^{2}}{3^{2}}}-{\frac {Z_{ns}^{2}}{ n^{2}}}\right)n=4,5,6,...}$

wenn n gegen unendlich geht, haben die diffuse und die scharfe Reihe den gleichen Grenzwert.

Kalium

Erdalkalien

Eine diffuse Reihe von Triplettlinien wird mit dem Reihenbuchstaben d und der Formel 1p-md bezeichnet . Die diffuse Serie von Singulettlinien hat den Serienbuchstaben S und die Formel 1P-mS .

Helium

Helium gehört in Bezug auf die Spektroskopie in die gleiche Kategorie wie Erdalkali, da es wie die anderen Erdalkalien zwei Elektronen in der S-Unterschale hat. Helium hat eine diffuse Reihe von Dublettlinien mit den Wellenlängen 5876, 4472 und 4026 . Helium wird, wenn es ionisiert wird, als He ^{II bezeichnet} und hat ein Spektrum, das dem von Wasserstoff sehr ähnlich ist, aber zu kürzeren Wellenlängen verschoben ist. Dies hat auch eine diffuse Reihe mit Wellenlängen bei 6678, 4922 und 4388 .

Magnesium

Magnesium hat eine diffuse Reihe von Tripletts und eine scharfe Reihe von Singuletts.

Kalzium

Calcium hat eine diffuse Reihe von Tripletts und eine scharfe Reihe von Singuletts.

Strontium

Bei Strontiumdampf stammen die markantesten Linien aus der diffusen Serie.

Barium

Barium hat eine diffuse Reihe von Infrarot bis Ultraviolett mit Wellenlängen bei 25515,7, 23255.3, 22313,4; 5818,91, 5800,30, 5777,70; 4493,66, 4489,00; 4087,31, 4084,87; 3898,58, 3894,34; 3789,72, 3788,18; 3721.17 und 3720.85

Geschichte

An der Universität Cambridge machten sich George Liveing und James Dewar daran , systematisch Spektren von Elementen der Gruppen I , II und III im sichtbaren Licht und im längerwelligen Ultraviolett zu messen , die durch die Luft übertragen würden. Sie bemerkten, dass die Linien für Natrium abwechselnd scharf und diffus waren. Sie waren die ersten, die den Begriff "diffus" für die Linien verwendeten. Sie klassifizierten Alkalimetall-Spektrallinien in scharfe und diffuse Kategorien. Im Jahr 1890 wurden die Linien , die auch in dem Absorptionsspektrum erschienen , um die genannte Hauptserie . Rydberg setzte die Verwendung von scharf und diffus für die anderen Linien fort, während Kayser und Runge es vorzogen, den Begriff erste untergeordnete Reihe für die diffuse Reihe zu verwenden.

Arno Bergmann fand 1907 eine vierte Reihe im Infrarot, die als Bergmann-Reihe oder Fundamentalreihe bekannt wurde.

Heinrich Kayser , Carl Runge und Johannes Rydberg fanden mathematische Zusammenhänge zwischen den Wellenzahlen der Emissionslinien der Alkalimetalle.

Friedrich Hund führte die s, p, d, f-Notation für Unterschalen in Atomen ein. Andere folgten dieser Verwendung in den 1930er Jahren und die Terminologie ist bis heute geblieben.

Verweise