Дифузна серія — спектральна серія в емісійному спектрі атомів, що виникає, коли електрони переходять між найнижчою p-орбіталлю та різними d-орбіталями атома. Загальний орбітальний кутовий момент змінюється від 1 до 2. Спектральні лінії лежать у видимому, ультрафіолетовому або ближньому інфрачервоному діапазоні. Лінії зближуються зі збільшенням частоти, прямуючи до межі серії. Дифузна серія відіграла важливу роль для розвитку розуміння електронних оболонок та підоболонок в атомах. Від назви дифузної серії походить позначення d-орбіталі.

Історія У Кембриджському університеті Джордж Лівінг і Джеймс Дьюар розпочали систематичні вимірювання спектрів елементів груп I, II та III у видимому світлі та ближньому ультрафіолеті. Вони помітили, що в спектрі натрію чергуються різкі та дифузні лінії. Саме вони вперше застосували до цих ліній термін «дифузні». 1890 року лінії, що також з'являлися в спектрі поглинання, назвали головною серією. Йоганнес Рідберґ продовжив використовувати терміни «різкі» та «дифузні» для інших ліній, тоді як Генріх Кайзер і Карл Рунге віддавали перевагу терміну «перша підпорядкована серія» для дифузної серії. Різку серію при цьому називали другою підпорядкованою. Вони обидві були підпорядковані головній серії в тому сенсі, що були менш інтенсивні, ніж вона.

Арно Бергманн 1907 року відкрив четверту серію в інфрачервоній області, яку згодом назвали серією Бергманна або фундаментальною серією.

Генріх Кайзер, Карл Рунге та Йоганнес Рідберґ встановили математичні співвідношення між хвильовими числами ліній випромінювання лужних металів.

Фрідріх Гунд запровадив позначення s, p, d, f для підоболонок атома. Інші науковці перейняли цю нотацію в 1930-х роках, і вона використовується дотепер.

Опис Дифузна серія задається формулою

Ця серія виникає внаслідок переходів із найнижчого P-стану до D-орбіталей вищої енергії. Одне з позначень для ідентифікації ліній: 1P-mD. Однак зауважимо, що 1P означає лише найнижчий P-стан у валентній оболонці атома, тоді як у сучасному позначенні відлік починають із 2P і він зростає для атомів із більшим атомним номером.

Терми можуть мати різні позначення: mD — для систем з одиночними лініями, mδ — для дублетів і md — для триплетів.

Оскільки електрон у стані D-підоболонки не відповідає найнижчій енергії лужного атома (нею є S-стан), дифузна серія не проявляється як поглинання в холодному газі, а спостерігається лише як емісійні лінії в газі зі збудженими атомами. Поправка Рідберга є найбільшою для S-терма, оскільки електрон сильніше проникає у внутрішню частину атома.

Граничне значення серії відповідає емісії електрона, коли електрон набуває достатньої енергії, щоб покинути атом.

У лужних металах P-терми розщеплюються на і . Це спричиняє появу спектральних ліній у вигляді із сталою відстанню між двома компонентами подвійної лінії.

Таке розщеплення називають тонкою структурою. Воно збільшується для атомів із більшим атомним номером і зменшується в напрямку до границі серії. Додаткове розщеплення виникає на «червонішій» лінії дублета. Це пов'язано з розщепленням на рівні D: і . Розщеплення на рівні D менше, ніж на рівні P, і також зменшується при наближенні до границі серії.

Закони для лужних металів Граничне значення дифузної серії збігається з межею різкої серії. Наприкінці XIX століття ці дві серії називали додатковими.

Спектральні лінії дифузної серії розщеплюються на три лінії, що утворюють так звану тонку структуру. Унаслідок цього сумарна лінія виглядає розмитою. Причина полягає в тому, що як рівні P, так і D розщеплюються на два близько розташовані енергетичні рівні. P розщеплюється на , а D — на . Із чотирьох можливих переходів реалізуються лише три, оскільки зміна орбітального моменту імпульсу не може перевищувати одиницю.

У 1896 році Артур Шустер сформулював закон: «Якщо від частоти основного коливання відняти частоту збіжності головної серії, отримаємо частоту збіжності додаткової серії». Однак у наступному випуску журналу він зазначив, що Йоганнес Рідберґ опублікував цю ідею кількома місяцями раніше.

Закон Рідберга—Шустера: у хвильових числах різниця між межею дифузної та різкої серій і межею головної серії дорівнює першому переходу в головній серії. Ця різниця відповідає найнижчому рівню P.

Закон Рунге: у хвильових числах різниця між межею дифузної серії та межею фундаментальної серії дорівнює першому переходу в дифузній серії. Ця різниця відповідає енергії найнижчого рівня D.

Літій Літій має дифузну серію з лініями, що в середньому розташовані поблизу 6103,53, 4603,0, 4132,3, 3915,0 і 3794,7 Å.

Натрій

Дифузний ряд натрію має хвильові числа, що виражаються формулою:

Хвильові числа різкої серії визначаються за формулою:

Коли n прямує до нескінченності, дифузна та різка серії мають однакову границю. Дифузна серія натрію Перехід Довжина хвилі 1, Å Довжина хвилі 2, Å Довжина хвилі 3, Å 3P-3D 8194,82 8183,26 8194,79 3P-4D 5688,21 5682,63 5688,19 3P-5D 4982,81 4978,54 4982,8 3P-6D 4668,56 4664,81 4668,6 3P-7D 4497,66 4494,18 4497,7 3P-8D 4393,34 4390,03 4393,3 3P-9D 4324,62 4321,40 4324,6 3P-10D 4276,79 4273,64 4276,8 3P-11D 4242,08 4238,99 4242,0 3P-12D 4215 3P-13D 4195

Калій Дифузний ряд калію Перехід Довжина хвилі 1, Å Довжина хвилі 2, Å Довжина хвилі 3, Å 4P-3D 11772,8 11690,2 11769,7 4P-4D 6964,69 6936,27 6964,18 4P-5D 5831,9 5812,2 5831,7 4P-6D 5359,7 5343,1 5359,6 4P-7D 5112,2 5097,2 5112,2 4P-8D 4965,0 4950,8 4965,0 4P-9D 4869,8 4856,1 4869,8 4P-10D 4804,3 4791,0 4804,3 4P-11D 4757,4 4744,4 4757,4

Лужноземельні метали Дифузну серію триплетних ліній позначають літерою серії d і формулою 1p-md. Дифузна серія синглетних ліній має позначення S і формулу 1P-mS.

Гелій Гелій у спектроскопії належить до тієї самої категорії, що й лужноземельні метали, оскільки, як і вони, має два електрони на S-підоболонці. Гелій має дифузну серію дублетних ліній із довжинами хвиль 5876, 4472 і 4026 Å. Іонізований гелій позначають як He II; його спектр дуже подібний до спектра водню, але зміщений у бік коротших хвиль. Він також має дифузну серію з довжинами хвиль 6678, 4922 і 4388 Å.

Магній Магній має дифузну серію триплетів і різку серію синглетів.

Кальцій Кальцій має дифузну серію триплетів і різку серію синглетів.

Стронцій У парах стронцію найінтенсивніші лінії належать до дифузної серії.

Барій Барій має дифузну серію, що простягається від інфрачервоного до ультрафіолетового діапазону, з довжинами хвиль 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 і 3720,85 Å.

Примітки