的基本性质原子

一个孤立的原子可以被描述的某些离散状态量子态。每一个量子州都有一个明确的能量与之相关,但几个量子态可以有相同的能量。这些量子态及其能级计算的基本原则量子力学。最简单的原子,氢,它包含一个单身质子和一个电子,能量计算和测试的不确定性比10的一部分¹¹,但对于有许多电子的原子,计算的准确性可能不会比几个百分点的能量水平。

原子能水平通常是通过观察来衡量转换在两个水平。例如,一个原子在其最低能量状态(称为基态)可以兴奋更高的国家只有添加能量的数量等于两个级别之间的差异。因此,通过测量的能量辐射被吸收的原子,可以确定它的能量水平的差异。原子的能级是相同的同一类型;允许一个特定的原子的能量银等于的其他原子相同的吗同位素银子。

其他孤立系统,包括分子,离子(带电原子或分子)和原子核,离散允许能量。这些简单的系统的分析与技术实施类似的那些第一次被应用于简单的原子光谱。更复杂的结构,如集群的原子,和散装凝聚态,等固体和液体,也有能级量子力学描述所。这些复杂系统的能量水平,然而,如此密集,他们涂抹成一个连续的能量。这些乐队允许研究人员之间的转换识别给定材料的许多重要性质。的位置和属性能量状态通常被称为电子结构的材料。通过比较光谱测量量子机械的计算基于一个假设的模型材料,材料的电子结构的一个可以使用的知识来确定它的物理结构。

如果给出一个原子的基态能量,提升为一种兴奋的状态,原子将会自动释放额外的能量时回到较低的州,最终回到基态。孤立原子的能量释放电磁辐射。释放出的能量E=的高能态能源-低能量;这种能量通常是由单个量子光(一个光子)有一个频率ν的光子能量(E)等于一个常数乘以频率,E=hν,h,普朗克常数,等于6.626×10⁻³⁴焦耳第二。这种关系决定了频率(波长,因为λ=c/ν)的原子发射光的能量状态是已知的。相反,允许一个原子的能量状态的关系确定测量的频率或波长光谱。分析离散波长原子或所发出或吸收的分子是历史上使用棱镜或光栅光谱仪;因为外表的分离光在这些乐器,这些有时被称为离散波长谱线。

历史调查

的基础分析光谱学是发现,在1859年由德国物理学家古斯塔夫·r·基尔霍夫,每个纯物质都有自己的特征光谱。另一个德国物理学家,约瑟夫•冯•弗劳恩霍夫,更仔细地重复实验由英国科学家,威廉·渥拉斯顿,1814年的频谱太阳的电磁辐射不顺利从一个年级颜色到下一个,但许多黑暗线,表明因为吸收某些波长的光不见了。这些黑色线,有时被称为夫琅和费谱线也统称为一个吸收光谱。材料的光谱在火焰加热或放置在电气气体放电研究了在18、19世纪许多科学家。这些光谱是由无数明亮的离散线,表明只有特定的发射光波长在场。他们被称为brightline、发射光谱。

虽然每个人的可能性化学元素有一个独特的特征光谱已经被众多的调查人员认为,早期的研究受到获取的难度相对纯物质。任何样品可能含有杂质,导致许多光谱的同时生产。通过使用仔细纯化物质,基尔霍夫特征光谱和发起这种化学物质的光谱分析技术作文的物质。这项技术是由基尔霍夫和他的同事应用德国化学家罗伯特本生1861年太阳的分析电磁波谱在阳光下和化学元素的识别。

在20世纪之前,没有理论能够令人满意地解释元素的光谱的起源或不同元素有不同的光谱的原因。元素光谱的定量理解需要一个全新的物理理论的发展,和最简单的原子光谱的扮演了关键的角色在这一理论的发展。许多20世纪的重大发展物理是出于不断增加的光谱测量的准确性