Perché lo spettro dell'elio è diverso da quello dell'idrogeno?
Bene, non è solo un atomo diverso, con più di un elettrone? Lo spettro dell'elio deve essere più complesso, perché ora il momento angolare diventa un fattore a cui sono consentite le transizioni; deve cambiare di #1# ogni volta.
Esempi:
#1s -> 2p# (#"58.4 nm"#)
#2s -> 3p# (#"501.6 nm"#)
#2p -> 4d# (#"492.2 nm"#)
#2p -> 4s# (#"504.8 nm"#)
The livelli energetici tutte lungo la Idrogenazione gli atomi sono ben noti:
#E_n = -"13.6058 eV" cdot Z^2/n^2#
where #Z = 1# for hydrogen atom.
Quelli per elio non hanno una formula semplice, ma sono conosciuti sperimentalmente.
Utilizzando Excel e i livelli di energia dell'elio indicati numericamente qui (stimando il #4s# e #5s#), Li ho sovrapposti a quelli dell'idrogeno:
Questi divari di livello di energia sono diversi e poiché le transizioni tra loro portano a uno spettro, lo spettro è ovviamente anche diverso ...
Ad essere sinceri, ho ignorato il #2p#, #3p#, #3d#, #4p#, #4d# e #4f# livelli di energia, che SONO presenti E separati dal #s# livelli di elio (ma lo sono degenerare in idrogeno), perché sono troppo sottili nella scala sopra:
Ciò si verifica perché avere due elettroni nell'elio introduce una correlazione elettronica, che divide i livelli di momento angolare diverso, perché non hanno più simmetria sferica.
Oltre quella differenza, che è facilmente visibile in atomi multielettronici avere, ad esempio, energie potenziali orbitali #V_(2s) ne V_(2p)#, #V_(3s) ne V_(3p) ne V_(3d)#, ecc., possiamo vedere le seguenti tendenze:
- I livelli di energia più bassi diventare più basso for più pesante atomi, sapendo che i livelli di energia dipendono direttamente dal numero atomico al quadrato.
- I livelli di energia più bassi diventano più sparsi dal resto, in superiore, se assunto singolarmente. atomi, ovviamente perché gli atomi più grandi hanno una carica nucleare efficace maggiore #Z_(eff)#, che è più facilmente visibile attraverso l'attrazione più significativa dei livelli di energia di base (#n = 1# in entrambi gli atomi).
Poiché le lacune del livello di energia si allargano, prevediamo cambiamenti nei passaggi elettronici verso lunghezza d'onda inferiore per elio rispetto all'idrogeno.
(In effetti, il #1s -> 2s# la transizione è #"58.4 nm"# per elio rispetto a #"121.5 nm"# per l'idrogeno.)