Erzeugt der Abfall eines Elektrons von 2s2s2s auf 1s1s1s genau die gleiche Art von Photon in verschiedenen Atomen und Molekülen? [geschlossen]

Im Allgemeinen die$1s$Und$2s$Orbitale werden mit unterschiedlichen Energien in verschiedenen Atomen assoziiert, was bedeutet, dass ein Übergang, der ein Elektron von der bewegt$2s$Orbital zu$1s$Orbital wird für verschiedene Atome bei einer anderen Wellenlänge emittieren. Es ist unklar, was Sie mit "Art des Photons" meinen, aber eine unterschiedliche Photonenenergie ist definitiv qualifiziert. (Andererseits wären die Drehimpulseigenschaften dieser Photonen – insbesondere ihre Polarisation und ihr räumliches Profil – gleich.)

Einige wichtige Warnungen:

• Der$2s\to 1s$Der Übergang ist dipolverboten , was bedeutet, dass er nicht vorhanden ist, es sei denn, Sie unternehmen eine starke und engagierte Anstrengung, ihn herauszufinden.

  (Obwohl das gesagt wurde, die$2s\to1s$Übergang ist ein wichtiger Grundpfeiler der Präzisionsspektroskopie des Wasserstoffatoms ( Beispiel ), da seine natürliche Lebensdauer aufgrund seiner Dipol-verbotenen Natur viel länger ist als bei Dipol-erlaubten Linien, was bedeutet, dass seine natürliche Linienbreite entsprechend schmaler ist.)

• Sprichwort "$2s\to 1s$Übergang" geht von Natur aus davon aus, dass Sie ein Ein-Elektronen-Atom haben und dass es keine anderen Elektronen gibt, die Sie im Auge behalten müssen. Dies gilt offensichtlich nur für Wasserstoff und Wasserstoffionen wie$\rm He^+$,$\rm Li^{2+}$,$\rm Be^{3+}$, und eine Reihe von immer unwahrscheinlicheren und nicht verfügbaren, hoch aufgeladenen Arten.

  Im Allgemeinen kann man das jedoch nicht einfach so sagen – man muss die anfängliche und endgültige elektronische Konfiguration vollständig spezifizieren: also würde man sagen$1s^12s^1\to1s^2$in Helium, zum Beispiel, oder$1s^12s^2\to1s^22s^1$in Lithium, sagen wir.

• Wenn Sie jedoch darüber hinausgehen, stoßen Sie auf das Problem, dass Sie kein Elektron aus dem herausbewegen können$2s$Schale zu$1s$Schale, ohne dass dies ein Übergang zwischen zwei angeregten Zuständen ist: Ausgehend von Beryllium wäre die einzige Möglichkeit, einen solchen Übergang zu haben, so etwas wie zu tun

  $$1s^1 2s^2 2p^1 \to 1s^22s^1 2p^1, \tag{$*$}$$ und das ist schon unmöglich: der zweite zustand$1s^22s^1 2p^1$, existiert zwar als erster angeregter Zustand von Beryllium, aber das durch die implizierte Kernloch$1s^1$In$1s^1 2s^2 2p^1$erfordert mehr Energie, um zu erstellen, als nur einen der zu entfernen$2s^2$Elektronen, was bedeutet, dass der Anfangszustand ein instabiler autoionisierender Zustand mit sehr kurzer Lebensdauer ist und in der Natur nicht existiert. (Sie können im NIST ASD nach den Energieniveaus von Beryllium suchen – fragen Sie Be Iim Suchfeld nach – und bestätigen, dass dort kein solcher Zustand gemeldet wird.) Der Übergang in$(*)$könnte als Resonanz in Attosekunden-Transientenabsorptionsexperimenten zugänglich sein ( hier / hier ist ein ähnliches Beispiel in Helium), aber das war es auch schon.

Um auf deine anderen Fragen einzugehen:

Erzeugt auch ein Wechsel von einer höheren Hauptquantenzahl zu einer niedrigeren immer ein hochenergetisches Photon? Immer höher als ein Abfall in Sublevels ($p$Zu$s$, z.B)?

Generell ja: Übergänge, die die Hauptquantenzahl eines Valenzelektrons ändern, haben im Allgemeinen höhere Übergangsenergien als Übergänge zwischen Unterschalen mit unterschiedlichem Drehimpuls, die die Hauptquantenzahl erhalten. Das ist jedoch keine universelle Tatsache - wenn Atome größer werden, gibt es alle möglichen wackeligen Phänomene, die eintreten können.

Mit anderen Worten, liegt die Energiemenge (in Elektronenvolt) dazwischen$2s$Und$2p$gleich oder ähnlich für verschiedene chemische Spezies?

Dies ist eine ziemlich universelle Regel: Sie werden grundsätzlich nie zwei Übergänge in zwei verschiedenen chemischen Spezies finden, die identische Übergangsenergien haben; Dies ermöglicht es der Spektroskopie, zu funktionieren, da Emissions- und Absorptionslinien als chemische Fingerabdrücke fungieren können.

Für$2p\to 2s$Übergänge ist es wahrscheinlich am besten, wenn Sie selbst ein Spiel mit dem NIST ASD spielen, entweder auf den Linien oder den Level- Datenbanken für die erste Periode$p$-Block-Elemente (Bor bis Fluor; fügen Sie hinzu I, um das neutrale Atom zu erhalten).

Wenn ein Elektron die Spinrichtung ändert (die vierte Quantenzahl), erzeugt das ein schwaches Photon?

Übergänge, die die Spinrichtung ändern, sind elektrisch-dipolverboten und können nur ab dem magnetischen Dipol stattfinden , was bedeutet, dass sie im Vergleich zu Übergängen, die keine Spins umdrehen, unterdrückt werden (wahrscheinlich, nicht in der Energie). Wenn Sie nur einen Spin umdrehen, gibt es zwei Möglichkeiten:

• Sie drehen den Spin eines Elektrons isoliert um, wie zB Sie ein Heliumion haben$\rm He^+$im$1s$Zustand, und Sie ändern die Richtung des Spins des einsamen Elektrons. In dieser Art von Situation ist der atomare Hamiltonian isotrop, also kümmert es sich nicht um die Richtung des Spins, und wenn Ihr Atom ungestört ist, ist die Übergangsenergie genau null. Wenn wir dies tun, legen wir jedoch im Allgemeinen ein externes Magnetfeld an, das über den Zeeman-Effekt mit dem Elektronenspin interagiert und eine kleine Energiedifferenz zwischen den beiden Niveaus induziert, typischerweise im Hochfrequenzbereich.

• Es ist auch möglich, dass Sie den Spin eines Elektrons in Bezug auf ein anderes System umdrehen: entweder den Kern (wie zum Beispiel in atomarem Wasserstoff) oder andere Elektronen. Diese stellen Übergänge innerhalb der Hyperfeinstruktur- und Feinstruktur- Mannigfaltigkeiten jeder Ebene dar, die dazu neigen, Übergänge mit niedriger Energie zu sein, die vom Radiobereich bis zu den hohen Mikrowellenbändern reichen, je nachdem, womit Sie es genau zu tun haben.

Im Allgemeinen ist der Ausdruck „schwaches Photon“ eine unklare Sprache und sollte vermieden werden. In beiden oben genannten Fällen haben die Photonen eine niedrige Photonenenergie und sie sind auch dipolverboten, was bedeutet, dass sie relativ unwahrscheinlich sind. (Es gibt jedoch viele wichtige Beispiele in dieser Klasse, beginnend mit der 21-cm-Wasserstofflinie .)

Wenn Sie andererseits zusätzlich zu einer anderen Änderung (z. B. der$1s2p\to 1s^2$Übergang in Helium, wo Sie auch einen der Spins umdrehen, dh vom Spin-Triplett ausgehen$^3P$Zustand bis zum Singulett-Grundzustand), dann ist der Effekt eine winzige Änderung der Photonenenergie (in diesem Fall in der Größenordnung von 1 % relativer Verschiebung) und eine starke Unterdrückung (hier um einen Faktor von$10^7$) der Übergangswahrscheinlichkeit.

Erzeugt der Abfall eines Elektrons von 2s auf 1s genau die gleiche Art von Photon in verschiedenen Atomen und Molekülen?

Ein Elektron wird durch seine Energie und Polarisation charakterisiert. Das ist es. Alle Photonen sind also gleich, d.h. wir könnten zwei Photonen, die beide die gleichen Werte für Energie und Polarisation haben, nicht unterscheiden.

Erzeugt auch ein Wechsel von einer höheren Hauptquantenzahl zu einer niedrigeren immer ein hochenergetisches Photon?

Denken Sie an die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron in eine bestimmte Umlaufbahn zu bringen. Das ist es, was Sie im Durchschnitt als Photon mit einer bestimmten Energie zurückerhalten, wenn das Elektron auf eine niedrigere Umlaufbahn fällt. Aber ein Elektronenübergang zwischen zwei Orbitalen ist kein geradliniger Vorgang, das heißt, das Elektron kann viele Zwischenpositionen einnehmen, bevor es sich "einsetzt".

Mit anderen Worten, ist die Energiemenge (in Elektronenvolt) zwischen 2s und 2p für verschiedene chemische Spezies gleich oder ähnlich?

Jedes Element erzeugt ein unverwechselbares Spektrum (damit wir wissen, welches es ist), daher ist die Energiemenge für jedes Element unterschiedlich. Dies liegt daran, dass die positive Kernladung für jedes Element unterschiedlich ist, und auch daran, dass die umgebenden Elektronenhüllen in ihrer gesamten Abstoßungs- / Abschirmungskraft auf ein bestimmtes Elektron variieren.

Wenn ein Elektron die Spinrichtung ändert (die vierte Quantenzahl), erzeugt das ein schwaches Photon.

Mit schwachem Photon kann man nur ein Photon mit niedriger Energie meinen. In diesem Zusammenhang könnte Sie diese Antwort interessieren. Elektron und Spin . Es braucht nicht viel Energie, um die Spinrichtung eines Elektrons zu ändern, wenn es also zurückschlägt, wird es ein Photon mit niedriger Energie erzeugen.