原子特征光谱是核外电子的跃迁发光?那么连续光谱是怎么发生的呢?

网上说,稀薄气体发光是原子特征光谱,就是不连续谱,是电子在特定的轨道上跃迁放出固定的能量,所以光谱上看是一条一条的细线。
为什么炽热的固体,液体,高压气体发光就是连续光谱呢?不也是电子的跃迁才发光的吗?

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5个答案
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LePtC物理学博士生

2014-03-22 22:46

单个原子的能级当然是分立的,但是别忘了固体是大量原子紧密的排列在一起的,它们的外层轨道会交叠在一起,能级也将展宽成连续的能带:

能带是固体物理里面很基础的概念,我就不在这里推导了... 记得我们之前做测量子阱的光谱的实验时,就是把样品沉到液氦里冷却的,为的就是把电子压在最低的那个能级,不然你就看不到分立的谱线。

哦对了,如果是炽热的固体的话,黑体辐射谱也是连续的。

高压气体也是同样的原理,在高压下气体分子会形成簇(clusters),将原本的谱线展宽。

不是固体的话原理要深一点... 单个分子也可以有连续谱的,这个现象叫自电离(autoionization),电子到下一个能级的激发能,大于电离这个电子的能量,由于电离出的电子带走的动能可以是连续的,所以导致了吸收谱连续:

自电离通常发生在能级较高的时候,例如下图是 NaK 的发射光 谱:

第一张图来自 Mark Fox,Quantum Optics, Oxford
后面的来自 Wolfgang Demtröder, AtomMolecules and Photons, Springer

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莫俊宏超声波无损检测员

2014-03-22 22:40

原子特征光谱,是一些具有分立波长的谱线,这部分谱线要么不出现,一旦出现它的谱线峰值所对应的波长位置完全取决于该材料元素本身。

许多时候,原子特征光谱是重叠在连续谱之上的。因为对一些材料激发的电磁波做光谱测定,会发现有两部分组成,一部分是连续变化的波分,称为连续谱,另一部分具有分立波长的谱线,称为标识谱,又称原子特征光谱。

对于X射线激发的原子特征光谱,其跟光电效应有联系,发生光电效应时,从内壳打出了电子,在此壳层就留下空位,并使原子处于激发态。这种激发态是不稳定的,原子必然会退激,于是外层电子向内层跃迁,来填补空位,使得原子恢复到较低能级,跃迁时释放的能量,就是以原子特征光谱的形式释放了,对于很多原子而言,这类特征光谱是荧光X射线。

人们制造了荧光X射线光谱仪,以此来测定元素种类。

稀薄气体发光是原子特征光谱,这是说它的特征光谱波长在可见光范围?我也不了解。炽热固体发光,要看是什么原因造成其炽热发光了,里面肯定有热辐射,甚至还有X射线,既有连续谱的部分,也有可能有原子特征光谱部分。楼主所提的问题,其实并不矛盾。

除了荧光X射线光谱分析技术,还有原子发射光谱(OES)分析技术,工作原理:样品中的原子由样品和电极之间形成的高能火花能源激发,火花能源引发样品中的电子发光后转换成光谱图样。通过测量此光谱的峰值强度,原子发射光谱分析仪可以对材料成份进行精确的定性和定量分析。

感觉楼主所说的情况是跟原子发射光谱技术相关。

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@LePtC

超过300字回复写不下了……只能添加到回答里面……

我觉得我理解了展宽是什么意思啊,不过之前没仔细看,wikipedia确实解释清楚我俩的问题了 @水晶crystal
定性理解并不复杂:大概就是说n个原子的原子轨道可以组合成一个分子中的n个分子轨道,然后当这个分子十分巨大的时候(例如固体),这些分子轨道的密度也就越来越大,也就是说各个能级间的能量差越来越小,这个时候呢,我们就可以把这种细微的间隔等效为连续的,当然要视要求精度的情况而定。
所以说,事实上如果把波长区分得足够小,固体连续光谱最终还是离散的。

☆ 这一点对于坚信量子世界离散的童鞋们很重要啊,所以我觉得一定要说清楚。

【wiki原文:n atomic orbitals will combine to form n molecular orbitals. As more and more atoms are brought together, the molecular orbitals extend larger and larger, and the energy levels of the molecule will become increasingly dense. Eventually, the collection of atoms form a giant molecule, or in other words, a solid. For this giant molecule, the energy levels are so close that they can be considered to form a continuum. (The fineness of spacing required to be considered an effective "continuum" depends on the situation.)】

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原子特征光谱法是基于受激发子或外层电子发射特征光学光谱而回到较低的能级的定量和定性分析方法。其定量分析主要依据:受激原子或离子发射的特征光强与原子或离子的量成正比,即用关系式表示为I=ac的b次方。
。而其定性分析即是根据受激原子或离子所发射出的特征光的频率或波长与外层电子的能级所决定的,公式是E=hc,而每个不同的原子或者离子的特征显著不同,故只要测得了原子或离子所发射的特征光谱就能够对不同的元素进行识别。

可以对元素周期周期表中的70多种元素都能够进行定性或定量的分析,是多种元素进行分析的有效方法。

至于为什么会出现线状光谱我现在也忘记了,等哪天想起再补充吧

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