Построение характеристической кривой фотопластинки, страница 8

10.  Зарисовать фрагменты схем энергетических уровней инертных газов и указать в них наблюдаемые в спектрах электронные переходы.

11.  Изучить следующие вопросы:

·  Электронная конфигурация основного и возбужденных состояний атомов инертных газов.

·  Спин-орбитальное взаимодействие в атомах инертных газов и его проявление в спектрах.

·  Векторная модель атомов инертных газов.

·  Термы инертных атомов, закономерность их расположения в шкале энергии.

Теоретическое введение

Спектры атомов инертных газов представляют собой особый случай. Атомы инертных газов в основном состоянии имеют электронную конфигурацию np^6.. Главное квантовое число nпринимает значения: n= 2 (для Ne), : n= 3 (для Ar), : n= 4 (для Kr), : n= 5 (для Xe), : n= 6 (для Rn). Так же, как и для любых других атомов с заполненными оболочками, основным состоянием атомов инертных газов является состояние  ¹S₀ .В отличие от атомов с заполненной внешней оболочкой ns² , электроны которой сравнительно легко возбуждаются, для возбуждения одного из p-электронов заполненной np⁶  оболочки требуется значительная затрата энергии – от 21,56 эВ для Ne до 10,74 эВ для Rn. То есть оболочка np⁶  обладает особой устойчивостью, что и обусловливает химическую неактивность рассматриваемых элементов и их газообразное состояние при обычных температурах. Инертный газ при этом находится в атомарном состоянии.

При возбуждении одного из p -электронов возникают конфигурации типа np⁵n’l’.  Например, для неона с заполненной оболочкой 2p⁶возможны следующие электронные конфигурации возбужденного атома: 2p⁵3s, 2p⁵4s,…, 2p⁵3p, 2p⁵3p,…., 2p⁵4d, 2p⁵4d,…, . Внешний  электрон n’l’ связан гораздо слабее, чем p-электроны остова p⁵. Этот факт отражен в таблице 1, в которой приведены значения энергии связи наиболее прочно связанных внешних электронов (n+1)s с энергией электронов npв остове np⁵. Как видно из этой таблицы, даже для Xeэлектрон 6sсвязан в 5,6 раза слабее, чем электрон 5p.

Таблица 1 – Энергия связи W электронов для атомов инертных газов

Элемент	Энергия ионизации, эВ	электрон (n+1)s		электрон np
		(n+1)s	W, эВ	Оболоч-ка иона	W, эВ
Ne	21,56	3s	4,95	2p5	41,07
Ar	15,76	4s	4,21	3p5	27,62
Kr	14,00	5s	4,09	4p5	24,56
Xe	12,13	6s	3,79	5p5	21,21

Спектр атома инертного газа по своему характеру является двухэлектронным спектром, так как оболочка np⁵ , в которой не хватает одного электрона до полного заполнения, образует, как и один электрон, дублетный терм ²P. Однако расположение уровней резко отличается от расположения уровней для двухэлектронной системы при наличии нормальной связи. Спин-орбитальное взаимодействие спинового момента  и орбитального момента  остова настолько значительно, что их сложение в полный момент остова  не нарушается взаимодействием с внешним электроном. Поэтому не имеет смысла складывать момент  с моментом  внешнего электрона в полный орбитальный момент  согласно схеме нормальной связи.

Мерой спин-орбитального взаимодействия является дублетное расщепление ²P_1/2  - ²P_3/2  однократно заряженных ионов инертных газов (см. таблицу 2).

Таблица 2 – Величина дублетного расщепления  (см^-1) терма ²P_1/2  - ²P_3/2  однократно ионизованных атомов

Ион
,см-1	782	1432	5371	10537

Как видно из этой таблицы, величина дублетного расщепления весьма велика.

В общем случае для внешнего электрона с l¹0  спин-орбитальное взаимодействие невелико и схема нахождения полного момента импульса (j-j) в чистом виде плохо применима.

Исследования спектральных закономерностей для атомов инертных газов показали, что при нахождении полного момента импульса атома необходимо пользоваться следующей схемой:

На первом этапе в соответствии с нормальным типом связи находят суммарный момент импульса для  N электронов остова:

 ;     ;     ;

где  - орбитальный момент  i –го электрона остова,