原子各能级分布

共振发射线： 电子从基态跃迁到能量最低的激发态时要吸收一定频率的光， 它再跃迁回基态时，则发射出同样频率的光(谱线)，这种谱线称为共振发射线 。 共振吸收线： 电子从基态跃迁至第一激发态所产生的吸收谱线称为共振吸 收线 。 共振线： 共振发射线和共振吸收线都简称为共振线。 各种元素的原子结构和外层电子排布不同，不同元素的原子从基态激发至 第一激发态(或由第一激发态跃迁返回基态)时，吸收(或发射)的能量不同，因而 各种元素的共振线不同而各有其特征性，所以这种共振线是元素的特征谱线。
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例题
（32S1/2） （32P3/2） λ=589.0nm ∵∆E=hν=h•C/λ ν λ
C：电磁波在真空中传播速度 ： h：普朗克常数 ：
∴∆E ∴∆ = h•C/λ =6.6265×10-34 ×2.9979 ×1010 ×(1/589.0 ×10-7)=3.373 ×10-19(J) λ ×
结论
原子由基态 原子由基态
吸收hν 吸收 ν
第一激发态 共振吸收线 简称共振线 简称共振线
产生的吸收线
各种元素原子的结构,外层电子排布不同 各种元素原子的结构 外层电子排布不同 基态 第一激发态吸收能量不同 各种元素的共振 元素的特征谱线 线各具特征性 元素的特征谱线
结论
∵基态 第一激发态,最容易发生 第一激发态 最容易发生. 最容易发生
∴共振线是元素所有谱线中最灵敏的谱线 共振线是元素所有谱线中最灵敏的 是元素所有谱线中最灵敏 原子吸收分光光度法利用
例题
计算2500K，2510K火焰中钠原子的激发态（32P3/2）和基 ， 火焰中钠原子的激发态（ 计算 火焰中钠原子的激发态 原子数目的比值。 态（32S1/2）原子数目的比值。
解：
Nj N0
=
gj exp( g0
E KT
)
基态钠原子g 基态钠原子 0： 基态Na原子 原子： 基态 原子：L=0，S= 1 ，J=L+S= 1 ，g0=2J+1=2 ， 2 2 激发态原子g 激发态原子 j ： 3 1 激发态Na原子 原子： 激发态 原子：L=1，S= ，J=L+S= ，gj=2J+1=4 ，
玻尔兹曼分布律： 玻尔兹曼分布律：
Nj N0 K
Nj N0
=
gj exp( g0
Ej KT
E0
)
激发态原子数； 激发态原子数； gj 基态原子数目； 基态原子数目； g0 玻尔兹曼常数； 玻尔兹曼常数； T
激发态统计权重 基态统计权重 绝对温度
由公式可以看出： 由公式可以看出：
1T ↑，Nj/N0 ↑ 2（Ej−E0） ↓， Nj/N0 ↑
T=2500K时，Nj/No=2•exp（– 时 （ T=2510K时, Nj/No=1.18 ×10-4 时
3.373*10-19 ）=1.14 -23 1.38*10 *2500
×10-4
结论
2500K时,激发态 数只占基态钠原子数的 时 激发态 激发态Na数只占基态钠原子数的 0.01%。当T增加 增加10K时，Nj/No只增加百万分 。 增加 时 只增加百万分 之四。 之四。 原子吸收测定条件（ 原子吸收测定条件（3000K）， Nj/No可 ）， 可 忽略不计。 忽略不计。 No=N(总原子数 总原子数) 总原子数
结论
可以认为所有的吸收都是在基态进行的 可以认为所有的吸收都是在基态进行的 基态 大大减少了可以用于原子吸收的吸收线的数目 紫外光谱区每种元素仅3~4个有用的光谱线 个有用的 紫外光谱区每种元素仅 个有用
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原子吸收分光光度法灵敏度高 抗干扰能力强 原子吸收分光光度法灵敏度高,抗干扰能力强的一 灵敏度高 抗干扰能力强的一 个重要原因. 个重要原因
二、原子在各能级的分布
原子吸收光谱的产生及共振线 在一般情况下，原子处于能量最低状态（最稳定态），称为基态（ E 0 = 0）。当原子吸收外界能量被激发时，其最外层电子可能跃迁到较高的不同能级 上，原子的这种运动状态称为激发态。处于激发态。处于激发态的电子很不稳定， 一般在极短时间内（10^-8~10^-7）便跃回基态（或者较低激发态），此时，原 子以电磁波的形式放出能量：