原子從激發態躍遷到基態有哪幾種類型?

lingzisea

在量子力學框架下,原子的能量分佈並不是連續的,而是分立的一個個能級。就像一個個臺階一樣,這些臺階並不是等間距的,而是滿足特定的公式。原子在不同的能級之間可以發生躍遷,即從這個臺階跳到那個臺階。臺階越高則能量越高,即原子需要吸收能量,臺階越低則能量越低,原子將會釋放能量,通常以光子的形式放出能量,即釋放電磁波,包括可見光在內。我們看到的各種光線,實際上就是原子從激發態躍遷到基態等過程中釋放的。

原子從激發態到基態的躍遷有很多種,具體看是什麼原子。

典型的如氫原子,從激發態到基態躍遷,會相應發出光子,對應不同的頻率,即形成氫原子譜線。根據發現者的名字命名,氫原子光譜可以有拉曼系、巴爾末系、帕型系、布拉開系、普方德系等等,對應氫原子能級從n=1 到n=其他,從n=2到n=其他,……等等。物理中,又可以用字母來描述。這些氫原子光譜對應不同波段,覆蓋從紫外波段到遠紅外波段。對於其他原子,同樣存在類似的光譜,只是對應的波段不一樣而已。

因此,如果用一束光把原子發到激發態,那麼它躍遷回來就會釋放光線。只有特定能量的光子,即滿足原子能級躍遷基本原理,才能被原子吸收,不同的原子吸收或放出的光譜線完全不一樣。為此,可以用x射線作為光源,來研究物體的吸收譜和標識譜,從而標定材料中不同的原子,根據普權重分析就可以得到原子的相對比例,這是分析物質成分的一種非常合適的方法。



飛賊克斯和康德馬特

我記得,好像有兩種類型。第一種是大家熟悉的,通過發射光子躍遷到基態的類型。這也是所謂的“分立光譜”的來源。海森堡在仔細研究了這種光譜現象後,提出了“矩陣力學”的量子理論。

第二種躍遷類型,好像教科書上一般不提,但事實上應用也是比較多的,就是“發射核外電子躍遷”的退激類型。這稱為“俄歇發射”,這種電子稱為“俄歇電子”。“俄歇電子”的能量也是“分立”的,體現了原子能級的“分立性”。但這種電子的來源,是原子的“外層電子”,所以能量比較低。

然而,需要將“俄歇電子”與“內轉換電子”區分開來。“內轉換電子”是指原子核處於激發態時,不通過發射光子(γ光子)退激,而是發射原子的內層電子來退激的,這被稱為“內轉換效應”,但絕對不能理解為“內光電效應”(原子核發射一個光子,光子再把一個原子的內層電子打出)。內轉換電子的能量都是大於俄歇電子的能量的,也是分立譜。

在發生“內轉換效應”後,由於原子的內層電子被髮射出去了,原子就處於“激發態”,也會通過發射光子或電子(俄歇電子)退激。這時,會出現既有“內轉換電子”發射,也有“俄歇電子”發射的現象。


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