Strona głównaPytania → Wyższe serie widmowe pierwiastków wieloelektronowych

Wyższe serie widmowe pierwiastków wieloelektronowych

Pytanie

Pyta Adam B.

Czy wyższe serie widmowe pierwiastków wieloelektronowych zmieniają się i jak, gdy niskie powłoki elektronowe są niekompletnie obsadzone? Np. jak zmieni się seria widmowa przejścia elektronu na orbital n=2 (odpowiednik serii Balmera w wodorze) w atomie helu, raz w przypadku gdy hel będzie zjonizowany pojedynczo, tj. będzie miał jeden elektron na n=1, w porównaniu z sytuacją gdy hel będzie zjonizowany podwójnie, tj. bez żadnego elektronu. Nie wiem czy ten drugi przypadek jest w ogóle obserwowalny, a jeżeli tak czy seria widmowa takich przejść podobna jest do wspomnianej serii Balmera, tyle tylko, że np. jest przesunięta mocno w kierunku nadfioletu?

Odpowiedź

Odpowiada Krzysztof Miernik

Jeśli popatrzymy w tablicach chemicznych czy fizycznych na energie pierwszych jonizacji pierwiastków — czyli energię potrzebną do wyrwania najmniej związanych elektronów — to okaże się, że nie rośnie ona po prostu z ładunkiem jądra, jak mogłoby się naiwnie wydawać. Zamiast tego zobaczymy bardzo skomplikowaną zależność, ze skokami, wypłaszczeniami, itd. To zachowanie jest rezultatem oddziaływania nie tylko elektronów z jądrem, ale także pomiędzy samymi elektronami. W szczególności elektrony na dalszych orbitalach odczuwają ładunek jądra przysłonięty przez elektrony znajdujące się bliżej niego. To zjawisko nazywa się ekranowaniem.

Jeżeli usuniemy część elektronów, to w oczywisty sposób zmieni się oddziaływanie pomiędzy nimi i poziomy energetyczne ulegną przesunięciom. Najprostszy do rozważenia jest przypadek atomów z tylko jednym elektronem, czyli wodoropodobnych. Byłby to zatem np. pojedynczo zjonizowany hel (He+), podwójnie zjonizowany lit (Li++), itd. W tych przypadkach możemy wrócić do prostego modelu Bohra (lub formuły Rydberga) i w miejsce ładunku jądra podstawić odpowiednią wielkość. Ponieważ ładunek jądra nieekranowanego będzie zawsze większy niż ekranowanego, linie przesuną się w kierunku wyższych energii. Wyniki takich obliczeń zgadzają się z wynikami eksperymentów (takie pomiary są jak najbardziej prowadzone) z dokładnością około 5%, co i tak jest niezłym rezultatem jak na uproszczony model.