число линий в ультрафиолетовой части и несколько линий в инфракрасной. При особых условиях возникает „многолинейный“ спектр водорода, который и в видимой части содержит множество линий (смотрите ниже). Гелий ха- растеризуется двойной желтой линией
D3 около 5876. Натрий—двойная желтая разность длин волн Вг и 1)2
около 6 А. Кадмий. Четыре яркие линии: красная 6438,7, зеленая 5086 и синие 4800 и 4678; в ультрафиол. части ряд линий, из которых последняя имеет /.=2144,4. Железо. Число линий доходит до 5000. Дальнейшие подробности будут указаны ниже. Немногие спектры, о которых здесь было сказано, относятся к т.-наз. дуговым спектрам, которые получаются, когда данное вещество лучеиспускает в вольтовой дуге, в гейсслеровой трубке или в пламенах. Иной характер имеют искровые спектры, получаемые при электрическом искровом разряде; подробности смотрите ниже. Майкельсон (Michel-son) первый показал (1892), что многие спектральные линии имеют сложную структуру, то есть состоят из группы очень близких друг другу линий. Весьма часто одна из линий, основная, обладает большою интенсивностью, между тем как остальные черезвычайно слабы; последние в этом случае называются спутниками или трабантами. Они изучались многими учеными; ступенчатая решетка (эшелон) дает возможность их непосредственно видеть. Не были найдены спутники в линиях Zn, AI, Mg, Ag, Sn и Ne. Небольшое число линий исследовано, и некоторые найдены со спутниками, у Bi, Си, Н (красная двойная), Не и Те. Большинство линий просты, но некоторые со спутниками у Со, Са и РЬ. У Cd исследованы 6 линий, из которых три оказались со спутниками. Красная линия кадмия 6538,47не имеет спутников. Много линий со спутниками вайдены у Мп и Ну. Совершенно особое положение занимает ртуть, линии которой исследовались многими учеными. Всего было изучено 12 линий, из которых только две, 4916 и 4339, оказались без спутников; в девяти линиях число спутников колеблется от одного до десяти. Исключительный интерес представляет зеленая линия 5461, которая исследовалась многими учеными, нашедшими, что она состоит из 10—12 отдельных линий. Особенность ее заключается в том, что ее нельзя рассматривать, как состоящую из главной линии и из спутников, так как многие ее составные части почти одинаково ярки. Приводим числа, которые дает Яники (Janicki). Здесь 6 обозначает расстояния (вонгстре-мах) отдельных линий от той из них, --для которой ) наименьшее. Относительная яркость указана числами, причем 1 обозначает наибольшую яркость.
i= 0,000 0.134 0,168 0,188 0,214 0,227 0,236
Яркость =25361 31
<1= 0,245 0,254 0,320 0,364 0,450
Яркость =13 1 4 7
Как видно, 4 линии примерно одинаковой, наибольшей яркости. Расстояния линий друг от друга выражаются сотыми долями онгстрема. Весьма важным представляется вопрос о норма.1ь-ных линиях. Международная Комиссия по исследованию солнца (International Union for Cooperation in Solar Research) постановила пригласить ученых всех стран способствовать построению системы нормальных спектральных линий, длины волн которых были бы определены с величайшей достижимоюточностью (по возможности до 0,001 А), и которые затем служили бы для сравнения с ними длин волн других спектральных линий. В основу положена нормаль первого порядка, а именно уже упомянутая красная кадмиевая линия, длину волны которой определяли Май-кельсон (Michelson) в Америке и затем
Совместно Беноа, Фабри и Перо (Benoit, Fabry, Perot) во франции. Она (смотрите выше) установлена равной 6438,4696
I. А. Первая задача Комитета заключалась в установлении нормалей второго порядка, которые, по постановлению комиссии, должны быть распределены по возможности равномерно по всему спектру и отстоять друг от друга не более, чем на 50 А. Эту работу произвели Бюссон и Фабри (Buisson, Fabry), Эверсгейм (Eversheim), Пфунд (Pfund) и др. Из них Эверсгейм пользовался еще зеленой кадмиевой линией 5085,822, которая у него играла роль второй основной линии. На основании этих работ комитет установил, прежде всего, первую серию 58 нормальных линий второго порядка, расположенных между 4282,408 и 6494,993 А; между ними только 3 линии марганца, одна никкеля и одна висмута, все остальные линии (53) принадлежат железу. Позже комитет утвердил вторую серию нормалей второго порядка, всего 34 линии, из которых 2 линии никкеля, а все остальные—железа. Из них 27 линий находятся между 4233,615 и 3370,789 А; их большая часть принадлежит ультрафиолетовому спектру. Всего установлены 92 нормали второго порядка. Нормали третьего порядка должны отстоять друг от друга на расстояниях от 5-ти до 10-ти I. А. Их определением занялись многие ученые, но узаконенного ряда еще не существует. Между прочим, Бернс (Burns) измерил 131 ультрафиолетовую линию между 2851 и 3701. Обращаемся к фундаментальному вопросу о закономерностях в спектрах. В истекшем столетии задача спектральною анализа сводилась к возможно полному описанию спектров испускания и поглощения всевозможных веществ, то есть к определению длин волн и относительных яркостей линий спектров, а также их зависимости от состояния этих веществ. Многие ученые пытались открыть какие-либо закономерности в распределении линий спектра данного элемента. Эти попытки впервые увенчались успехом в 1885 г., когда Бальмер (Balmег, преподаватель гимназии в Базеле) нашел, что видимые линии водорода Я весьматочно выражаются формулой, которую-можно представить в виде
И (3)=R Qе — -р)> к=3, 4, 5 (3),
в которой пволновое число (смотрите выше) и R т. наз. постоянная Ридберга (Rydberg), которая для водорода Н равна
-Й(Н)=109077,09 (4)
Потом оказалось, что для всех линий от fc=3 до /с=29 формула (3) дает и с поразительною точностью. С момента открытия Бальмера началась новая эра в истории сп. анализа. Вскоре обнаружилось, что линии спектра ионизированного гелия Не удовлетворяют подобной же формулеп(Не)=4Е Qj - =3,4,5. . (5)
где, однако, R(He) немного болыпeR(H), а именно:
ф В(Не)= 109722,14=1,0004ЩЯ). (б)
Впоследствии Ридберг открыл, что для спектральных линий всех осупальных элементов существуют формулы, в которых встречается один и тот же множитель
22=109737,11 (7>
Все линии, волновые числа которых определяются одной какой-либо формулой, составляют т. наз. спектральную серию, а сами формулы называются сериальными. Последовательные линии одной серии, если идти слева направо, все более и более сближаются и, наконец, становятся настолько близкими друг другу, что их раз‘единить невозможно; они образуют хвост серии, который имеет резкую границу. Первая, т. е. головная линия водородной (бальмеровской) серии (3) и есть линия На (смотрите выше) при А=6563,04. Предел хвоста (£=со) находится при п=В(Н):4, то есть при А=3647,0 в ультрафиолетовом. Вместо (5) можно написать более общую формулу
«= -й £=(+1, (+2ит.д. (8).
где i постоянное целое число, но различное для различных серий; при г=2
мы имеем серию Бальмера. При (=1 получается другая водородная серияп—В к=2,3,4 и так далее Онався расположена далеко в ультрафиолетовой части; ее головная линия находится при×= 1215,7, предел хвоста (к=оо.к=R) имеет длину волны×= =911,75. Затем имеется серия г=3; ееформула и=7е|
1_
Зг
к=4,5,6 и т.
д. Вся серия расположена в инфракрасной части; первые ее две линии, головную 18751,3 и вторую 12817,5, нашел Пашен (Paschen), а три или четыре дальнейшие открыл Брэкет (Brackett, 1922); предел (п=R: 9) находится у×= 8025,75. Наконец, Брэкетоткрыл 2 линии серии и=R
к — 5,6,7 и так далее; головная линия находится при×= 2,63и (26300.4), конец хвоста (к=с», п=7е : 16) при×= 1,459а4-Дальнейшие серии (г=5,6,7 и так далее) не открыты; они должны лежать в отдаленной инфракрасной части спектра. В спектре ионизированного гелия удалось все линии распределить по сериям видап=47е ( р — к2’ k= i-{-3
ит. д.,где7е дано в(6). В настоящее время удалось найти серии в спектрах большого числа элементов, причем число серий может быть весьма различное. Эти серии имеют следующие названия:
I. Первая побочная серия, еще называемая резкой. И.Главная серия. III.Вторая побочная серия, еще называемая диффузной. IV. Серия Бергмана. V. Третья побочная или ультра-бергмановская серия. Последняя и дальнейшие серин лишь редко наблюдались, но с их существованием приходится считаться при обяснении некоторых комбинационных линий (смотрите ниже). Серия (3) водорода—первая побочная; серия =1 представляет главную серию. Спектральные серии бывают трех родов: состоящие из одиночных линий, из дублетов (по две линии) и из триплетов (по три линии). В системе серий, названия которых были приведены, все линии всех серий имеют один и тот Hie характер, то есть они все одиночные или дублеты или триплеты. Иногда в спектре находятся несколько систем серий, причем в одной системе серий все линии могут быть, например, дублетами, а в другой триплетами. Сериальные формулы элементов имеют, если исключить Н и Не, более сложный вид, чем (8). Их можно представить в общем виде:
п=ТДг) — F2(k)(9),
где г и к целые числа, причем для всех линий одной серии i одно и то же, а к — г-f 1, г- - 2 и так далее Две функции Fx(i) и F,(k) почти одинаковые, так что мы их могли бы обозначить одной буквой F. Так как они все-таки не вполне одинаковы, то возможен и редкий случай кг. Во всех случаях эти функции содержат множитель 7е. см. (7): в этом заключается великое открытие Ридберга, в честь которого 7е и называется постоянной Ридберга. Для водорода F(i)=7е : г1, для гелия F(i)=47е : г2, где, однако, эти 7е несколько отличаются от (7), см. (4) и (6). Ридберг предложил для 7 (г) выражение вида 7е : (г -f- ft),2 a F2(k)== 7е:(/c-j-a)2, где// и а величины постоянные для всех линий одной серии, но неодинаковые для различных серий. Риц (Ritz) дал для Fyi) формулу вида
Wx(i)=(» =
__7е
{+i“+e(6/P
(10),
где (ip) или просто ip общепринятый сокращенный символ. Здесь я и р постоянные числа для всех линий одной серии, причем (> величина весьма малая. В знаменателе стоит сама величина (ip). Для F2(k) имеется подобное же выражение, но р и о имеют другое численное значение. Формула (9) показывает, что волновое число и равняется разности двух величин, которые называются термами. В спектрах многих элементов были открыты линии, которые не входят в состав имеющихся спектральных серий. Риц первый высказал мысль, что каждыйотдельный терм имеет как бы самодовлеющее существование и значение, так что можно взять два терма из двух различных серий и, образовав их разность, получить волиовое число и спектральной лпнии, которая, как оказывается, во многих случаях,но далеко не всегда, действительно существует. Это знаменитый комбинационный принцип Рица. Таким образом и получаются упомянутые не-сериальные линии, которые называются комбинационными линиями. Истинный физический смысл термов будет выяснен ниже на основании учения Бора (Bohr) о строении атомов. Мы теперь можем сказать, что каждая спектральная линия определяется двумя термами, разность которых дает волновое число, соответствующее этой линии; длина волны определяется затем формулой (2). Можно написать:
п=(ip) — (1с,р)(11),
где (ip) постоянный, а (кр) переменный терм сериальной формулы. Для перечисленных выше серий (главной, побочных и так далее) имеются определенные обозначения типа (ip), см. (10), но, к сожалению, различные авторы пользуются неодинаковыми обозначениями. Речь идет о том, как обозначить добавочную величину и во втором терме, который содержат переменное число к. Приводим табличку этих обозначений.
//
, гловн two.
Д. С. Рождественский s р
Пашен.. s р
Зоммерфельд s р
Фолер (Fowler).. . . (7 ТС
Мы будем пользоваться обозначениями Зоммерфельда (Sommerfeld), так что вторые термы в сериальных формулах сокращенно обозначаются: (к,$), (к,р), (k,d), (к,f), и (к,д). Оказывается, что в первых, постоянных термах величина р имеет те же самые значения s, р, d, f и д, как и во вторых, но в другом порядке. Окончательно сериальные формулы имеют такой вид (меняем порядок):
Главная серия. (l,s)-(k,p),. . k=Z,3.4 и так далее)
I Побочн. серия (2.р)—(k,d),. . к—3,4,5 и так далее
II Побочн, серия (2,р)—(к.s),. к=2,3,4 и т. д >(12)
Серия Бергмана (3,d)—(k.f),. . к=«,5,6 и так далее(
III Побочн. серня(4,0-(к,д),. . к=5,о,7 и так далее)
В английских книгах серия Бергмана называется фундаментальной (fundamental series, отсюда буква f). Числа s, р, d, {, д быстро убывают в указанном порядке; так, например, для искрового спектра магния s=0,93, р=0,31, d=— 0,045, f=0,0006. Чем меньше эти числа, тем менее данный терм отличается от бальмеровского В : №, т. е. тем более он „водородоподобен“. При к= оо вторые термы исчезают; поэтому первые термы определяют волновое число края, т. е. кийца хвоста серии. Так как s и р часто больше 0,5, многие авторы прибавляют 0,5 к числам г или к. Они пишут для главной серии (1,5s) — (k,p), где к=2,3,4. ., а для II побочной
(2,р) - у, sj, где /- + у=2.5 —
3,5—4,5 и так далее Из формул (12) вытекает ряд следствий, из которых мы приводим немногие. Прежде всего, оказывается. что во всех сериях одиночных линий существуют только следующие термы (пишем упрощенно):
Is 2s 3s 4s 5s
2р Зр 4р 5р. ..
3d 4d 5d.,.,
4f 5f. ..
5g. ..
Формулы (ll) выражают следующие закономерности: I. Две побочные серии имеют один и тот же предел (2,р). II. Этот предельный терм (2,р) равен второму терму головной линии главной серии. Дублетные и триплетные серии бывают двух родов. .4. Разность dn двух волновых чисел линий дублетов, а также разности dpi и dpi трех волновых чисел линий триплетов одни и те же для всех дублетов или триплетов серии, которая имеет два или три предела. В. Разность dn или dpi и dpi постепенно уменьшается, доходя в пределе до нуля. Вся серия имеет общий предел. В самое последнее время (1923) стали играть большую роль мультиплетные серии, каждый член которых состоит из большого числа отдельных линий (спектр неона, железа и др.). В сериальных формулах прибавляют числовые индексы, чтобы отличить друг от друга отдельные линии дублета, триплета
|
I | |
Up.. Ill | |
|
чоб. | |
Всргм. nod | |
|
d | |
Д Д | |
|
d | |
f f | |
|
d | |
< Э | |
|
6 | |
ip — | |
ит. д., H&npvPjij’ Рз- И здесь имеется ряд закономерностей, относящихся к случаю, когда серии состоят из дублетов или триплетов. I. Главная серия всегда второго рода (один предел). И. Две побочные серии всегда первого рода и одинаковой кратности (дублеты или триплеты). Щ. Разности Ап или h,п и А,п в обоих побочных сериях одни и те же. IV. Распределение относительных яркостей спектральных линий во всех дублетах или триплетах одной и той же серии одинаковое. V. Терм, содержащий букву s, см. (12), всегда одиночный (обозначения su s2 и так далее не существуют). Когда первый терм двойной или тройной, то серия, очевидно, первого рода (несколько пределов); в сериях второго рода второй член двойной или тройной. Усложнение получается, когда оба терма двойные или тройные: тогда получаются сложные дублеты из трех линий и сложные триплеты из шести линий. Когда мы имеем дело с комбинационными линиями, термы которых взяты от одиночных линий и от дублетов или триплетов, то в термах одиночных линий пишутся большие буквы S, Р, D и так далее, например, Spt, Pdз, ргБ и так далее Принцип комбинации ограничен знаменитым принципом отбора, который говорит, что при нормальных условиях возможны только такие комбинации, при которых в двух термах стоят соседние буквы ряда s, р, d, f g. Однако, при особых условиях, например, при действии электрических сил, этот принцип нарушается. Имеются следующие закономерности: I. Не существуют комбинации между термами дублетов и термами одиночных линий или триплетов. II. Существуют комбинации между термами одиночных линий и термами триплетов. В полосатых спектрах также найдены разного рода закономерности, главным образом Де-ландром (Deslandres). По спектру поглощения можно произвести качественный. а иногда и количественный анализ поглощающей среды, например, какого-либо раствора. Ультрафиолетовый спектр был расширен Шуманном (Schumann, 1901) примерно до я= 1000.4. Значительный дальнейший шаг удалось сделать Лайману (Lyman, 1915), который пользовался диффракционной решеткой. Источником служила кварцевая разрядная трубка с электродами из Mg, Al, Fe и Са. Он дошел до 510.4. В этой новой „лаймановской“ области он обнаружил весьма большое числолиний водорода, гелия и аргона. Не останавливаемся на описании опытов Ричардсона и Бацони (Richardson, Baz-zoni, 1921), которые косвенным способом доказали, что спектр гелия тянется, примерно, до Я=420, а спектр водорода до Я = 900. Замечательное исследование произвел Милликен (МШшап, 1919—1921), которому удалось чисто оптическим способом расширить ультрафиолетовый спектр и открыть в новой области огромное число спектральных линий различных элементов. Вся его установка находилась в высоком вакууме (10—4 миллиметров. Ну). Источником служила весьма сильная разрядная искра от индукционной катушки и от батареи лейденских банок. Наиболее важное усовершенствование представляли вогнутые диффракцион-ные решетки, в которых число черточек доходило до 1100 на I миллиметров. Фотографическая пластинка не содержала желатины, которая поглощает крайние-ультрафиолетовые лучи. Обзор всех полученных им результатов Милликен опубликовал в 1924 году Он нашел более 800 линий между Я=1802 и Я=136,6 .4/ последнее число относится к линии алюминия. Весьма важно, что он не нашел ни одной новой линии водорода, длина волны которой была бы меньше длины волны предельной линии
1=1215,7 серии n=7j |1J— (см.
выше). Для Не и Li также не нашлось новых линий. Весьма малые Я он нашел в спектрах Fe, Ni, Zn, Na,Mg и Al. Относительно инфракрасного спектра уже было упомянуто, что Рубенс (ум. в 1922 году) и его сотрудники дошли де Я=343 Р — 0,343 миллиметров. В 1921 г. Рубенс построил три диффракционные решетки, состоящие из тонких, параллельно друг другу натянутых медных проволок, толщина которых равняете:! 1,004. 0,483 и 0,196 миллиметров., и ими иссле- довал, между прочим, спектр ртутнойдуговой лампы, который содержит лучи наибольшей достигнутой длины волны. Между инфракрасными лучами наибольшей длины волны (0,34 миллиметров.) и лучами Герца наименьшей длины волны (4 миллиметров.) остается неисследованный промежуток, примерно в 3/j октавы. Рубенс упоминает о работе Байера (Ваеуег), который достиг длины волны Я=2 миллиметров., но эта работа нигде не напечатана; если ее принять во внимание, то неизученная часть все же обнимала 2/а октавы. Никольс и Тир (Nichols, Tear, 1923) смогли точно измерить длину волны луча Я=1,8 миллиметров., а также „обертон“, получаемый при электрических колебаниях, для которых Я=0,9 миллиметров. Эта работа уменьшила неизученную часть до 1/ октав. Однако, последние упомянутые работы все же не дают возможности действительно получить спектр между 4 миллиметров. и 1 миллиметров. и изучить его свойства. М. А.Ле-витская (в Ташкенте) обнаружила лучи этой промежуточной области; но она могла напечатать лишь предварительное сообщение, и работа осталась неоконченной, вследствие ее от’езда из Ташкента. Замечательное исследование произвела А. А. Глаголева-Аркадьева (в Москве) по способу, предложенному В. К. Аркадьевым. Чтобы получить электрические лучи высокой частоты, она построила „массовый вибратор,“ изображенный на рисунке 8. В стеклянный сосуд А помещена однородная смесь металлических опилок и машинного масла, образующая вязкую массу, которая непрерывно перемешивается мешалкой В. В эту массу погружалась небольшая часть карболи-тового колесика К, вращающегося при помощи мотора. Колесико захватывает массу, так что на нем появляется как бы шина, верхняя часть которой непрерывно сменяется при вращении колесика. Две проволоки f и Г подводят к этой шине высокое напряжение от индуктора, причем разряды происходят через вибрационную массу, в металлических частицах которой возникают электрические колебания, а елед. и лучи соответствующей частоты. Получается одновременно большое число лучей с различными частотами, так как опилки имеют неодинаковые размеры, и к основным тонам примешиваются обертоны с удвоенной, утроенной и так далее частотами. Исследование возникающего общего весьма сложного колебания обнаружило между его составными частями лучи, для которых Я колебалось от 50 миллиметров. до 81,8д, так что они распределялись по всей неисследованной области и далеко про-
Источник излучения—массовой излучатель.
пикали в уже известную инфракрасную часть. Можно надеяться, что усовершенствование этого метода даст возможность получить монохроматические лучи (одного Я) и изучить их свойства.
Мозли (Moseley) показал (1913), что при помощи рентгеновых лучей можно определить порядковый номер Z всех элементов системы Менделеева. Так, для водорода Z=1, гелия Z — 2, лития Z — 3 и так далее до урана Z=92. Пусть v частота колебаний какого-либо луча из спектра лучистой энергии; тогда величина kv, где h постоянная Планка (Planck, 1900), называется квантой лучистой энергии данной частоты > или длины волны Я — с: v, где с ско-
3 »!
рость света. Величина h размера энергии (или работы), помноженной на время. Ее численное значение h=6,54.10—27 эрг.-сек. По теории Планка (смотрите излучение) атомы поглощают и испускают лучистую энергию только целыми квантами. Теория относительности приводит к результату, что масса т движущегося тела зависит от его скорости v но формуле
где т0 масса покоющегося тела, с скорость света. Эта формула имеет большое значение в случае движения электронов, скорость которых во многих случаях соизмерима со скоростью с света. Заряд е электрона и его масса от0, по опытам Милликена (Millikan), равные=4,774.10 1° эл.-стат. ед.== 1,592.10 30 эл.- магн. ед.
£
—=5,307.1017 эл.-ст. ед.=т0
= 1,769-Ю7 эл.-магн. ед.
т„
-массы атома водо-
1840
рода.
(14)
Лучи Рентгена получаются при ударе электронов катодного луча в антикатод. Если V разность потенциалов катода и антикатода, то скорость v электронов в момент удара определяется формулой eV=- mv2,
Li
из KOTO
рой получается, если не обращать внимания на (13), то есть принять т=т0, на основании (14) достаточно точно
v=600 V V
-километр.
> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Седнего па весьма малую величину
