离子光谱

物理学术语

原子序数为Z的中性原子同原子序数（Z+1）的原子一次电离后的离子以及原子序数为（Z+2）的原子二次电离后的离子等等，核外具有相同数目的电子，它们具有相似的能级和光谱结构，例如He和Li具有与氢类似的能级和光谱，它们称为类氢离子，Be和B具有与LiⅠ类似的碱金属原子的能级和光谱结构。

简介

离子光谱，即离子的电子运动状态发生变化时发射或吸收的光谱。在光谱学上，通常在元素符号后面标上罗马数字Ⅰ表示中性原子HⅠ、HeⅠ…。在元素符号后面标上罗马数字Ⅱ表示一次电离的离子 HeⅡ、LiⅡ、BeⅡ、…。在元素符号后面标上罗马数字Ⅲ表示二次电离的离子LiⅢ、BeⅢ、…依次类推。

重原子的核外电子大量剥离形成高离化态原子，其光谱特征与电离后剩下的核外电子的行为有关，是近代原子物理学研究的热点之一。

原理

原子核外电子被剥离后形成的离子的光谱。下面主要介绍类氢离子光谱和高离化态原子光谱。

类氢离子光谱：氦原子被剥离掉一个核外电子就成为一次电离的氦离子He+,与氢原子类似,它的核外也只有一个电子，称为类氢离子；锂、铍、硼等许多元素也能形成类氢离子。这些离子的光谱特征与氢原子光谱类似。

1897年天文学家W.H.皮克林在星体光谱中发现了一个与氢巴耳末系相似的光谱线系，后来被称为皮克林线系。这两个线系的对照如图1所示。实验证实皮克林线系为皮克林线系相当于n1=4 和n2=5,6,7,…时的情况。式中的RHe是He的里德伯常数。

二次电离的Li2+(Z=3)光谱可表示为其中n1=1和n2=2,3,4,…的线系处在真空紫外区，已在1930年被观察到。

三次电离的Be3+(Z=4)光谱可表示为其中n1=1和 n2=2,3,4,…的线系落在真空紫外区，也在1930年观察到了。

在光谱学上，通常在元素符号后面标上罗马数字Ⅰ表示中性原子HⅠ、HeⅠ、LiⅠ、…。在元素符号后面标上罗马数字Ⅱ表示一次电离的离子 HeⅡ、LiⅡ、BeⅡ、…。在元素符号后面标上罗马数字Ⅲ表示二次电离的离子LiⅢ、BeⅢ、BⅢ、…依次类推。类氢离子光谱即HeⅡ、LiⅢ、BⅣ、BⅤ、CⅥ、NⅦ、OⅧ、FⅨ、NeⅩ、…NaⅪ、…等离子的光谱，原子核外电子数相同，而原子核所带正电荷不同的原子和离子的光谱称为等电子数序光谱。例如氢原子和类氢离子的光谱。

高离化态原子光谱：当带电粒子(电子、离子等)或强光与原子相互作用时，可以将较重原子核外的电子大量剥离，产生高次离化的原子，称为高离化态原子。高离化态原子的光谱特征，主要与它们电离后剩下的核外电子的行为有关。

高离化态原子光谱主要处在真空紫外光谱区与软X射线光谱区。同步辐射加速器、高功率的激光器、高分辨率真空紫外光谱仪、X射线谱仪的研制和应用对研究高离化态原子光谱十分重要。

应用

在天体上存在着高离化态原子，在等离子体、核聚变过程中，在空间飞行体运行过程中，在强激光同物质相互作用过程中都产生大量的高离化态原子。因此，研究和分析高离化态原子的光谱特征和变化规律是十分重要的。

可利用束－箔光谱学技术对元素的离子光谱作大量的研究,图2和图3是NaX和NaⅪ的能级图。从图3可以看出，NaⅪ能级的精细结构间距比氢原子有很大的增加。

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