Die charakteristische Röntgenstrahlung ist ein Linienspektrum von Röntgenstrahlung, welches bei Übergängen zwischen Energieniveaus der inneren Elektronenhülle entsteht und für das jeweilige Element kennzeichnend ist. Sie wurde durch Charles Glover Barkla entdeckt, der dafür 1917 den Nobelpreis für Physik erhielt. Entstehung
Entstehung der charakteristischen Röntgenstrahlung
Die charakteristischen Linien des Röntgenspektrums ( $ K_{\alpha} $, $ K_{\beta} $, …) entstehen im Bild des bohrschen Atommodells wie folgt:
Ein freies, energiereiches Elektron schlägt ein gebundenes Elektron aus einer inneren Schale seines Atoms heraus. Dabei muss auf das gestoßene Elektron mindestens die Energie übertragen werden, die zur Anregung auf eine noch unbesetzte Schale nötig ist. Charakteristische Röntgenstrahlung – Chemie-Schule. Meist ist sie größer als die vorherige Bindungsenergie des Elektrons, und das Atom wird ionisiert. Die entstandene Lücke wird durch ein Elektron einer äußeren Schale geschlossen. Da die Elektronen auf den äußeren Schalen höhere Energien aufweisen, müssen sie die Differenz der Energie bei ihrem Wechsel auf eine weiter innen gelegene Schale abgeben.
K Alpha Linien Tabelle Van
Der Übergang eines Elektrons aus der \(\rm{L}\)-Schale (\(n = 2\)) auf den nun freien Platz auf der \(\rm{K}\)-Schale (\(n = 1\)) findet in einem Feld statt, bei dem die positive Kernladung \(Z\cdot e\) durch die negative Ladung \(-e\) des verbleibenden \(\rm{K}\)-Elektrons teilweise abgeschirmt wird. Die effektive Kernladungszahl ist dann \(Z - 1\). Kaskadenartige Reihe an Übergängen
Abb. K alpha linien tabelle e. 1
Mögliche kaskadenartige Abfolge von Übergängen aus höherliegenden Schalen
Der \(\rm{K}_\alpha\)-Übergang ist von einer Reihe weiterer Übergänge begleitet, da der nun freie Platz auf der L-Schale "kaskadenartig" von energetisch höher liegenden Elektronen aufgefüllt wird. Ein mögliche Abfolge von Übergängen ist in der Animation angedeutet. Bezeichnungen der RÖNTGEN-Emissionslinien
Joachim Herz Stiftung
Abb. 2 Verschiedene Energieübergänge mit jeweiliger Bezeichnung ihrer Emissionslinie Es hat sich eingebürgert die RÖNTGEN-Emissionslinien mit Buchstaben zu bezeichnen. Dabei ist jeweils bei einer Serie diejenige Linie mit dem Index \(\alpha\) die langwelligste.
K Alpha Linien Tabelle E
Das Moseleysche Gesetz (nach seinem Entdecker Henry Moseley) im Jahr 1914 [1] beschreibt die Energie der - Linie im Röntgenspektrum, deren Strahlung beim Übergang eines L-Schalen - Elektrons zur K-Schale emittiert wird. Das Moseleysche Gesetz ist eine Erweiterung der Rydberg-Formel. In einer allgemeineren Form kann man mit diesem Gesetz auch die Wellenlängen der übrigen Linien des charakteristischen Röntgenspektrums bestimmen. Charakteristische Röntgenstrahlung - MTA-R.de. Diese Wellenlängen sind, wie auch die zur Wellenlänge gehörende Frequenz, abhängig von der Ordnungszahl des jeweiligen chemischen Elements. Dabei ist:
- die Lichtgeschwindigkeit
- angepasste Rydberg-Frequenz
- Rydbergfrequenz
- die Rydbergkonstante
- die Masse eines Elektrons
- die Kernmasse des beteiligten Elements
- die effektive Kernladungszahl des Elements. Hier liegt der Unterschied zur Rydberg-Formel
- die Kernladungszahl des Elements
- eine Konstante, die die Abschirmung der Kernladung durch Elektronen beschreibt, die sich zwischen Kern und dem betrachteten Elektron befinden., - Hauptquantenzahlen der beiden Zustände (n 1 = innere, n 2 = äußere Schale).
K Alpha Linien Tabelle 2018
Bei den L- und M-Serien sowie bei Atomen mit höherer Ordnungszahl ist diese Zuordnung nicht mehr so eindeutig. Hier spielt die Feinstrukturaufspaltung eine Rolle. Zusätzlich zum griechischen Index wird dann noch ein numerischer Index zur Unterscheidung der Linien verwendet. Auftreten mehrerer Spektrallinien nach einer Elektronenanregung
Atome mit höherer Ordnungszahl haben mehrere äußere Schalen, die zur Auffüllung des Lochs in der inneren Schale ein Elektron liefern können. Auch kann das Loch in verschiedenen inneren Schalen entstehen. Dementsprechend können diese Atome auch Röntgenstrahlen unterschiedlicher Energie aussenden. Nachdem ein Elektron auf die K-Schale gefallen ist, ist wiederum z. Moseleysches Gesetz – Wikipedia. B. die L-Schale unterbesetzt. Ein weiteres Elektron aus einer noch höheren Schale fällt herunter unter Aussendung eines weiteren Photons. Dieses zweite Photon ist von niedriger Energie und trägt in diesem Beispiel zur L-Linie bei. Neben der Röntgenemission bildet – besonders bei leichten Atomen mit Ordnungszahlen $ Z<30 $ – die Übertragung der Energie auf weiter außen gelegene Elektronen eine andere Möglichkeit für den Ausgleich der Energiedifferenz (siehe Auger-Effekt).
K Alpha Linien Tabelle Et
Dies geschieht wegen der typischerweise in der Größenordnung 1–100 keV liegenden Energiedifferenz der Elektronenhülle in den beiden Zuständen (fehlendes Elektron in innerer Schale und in äußerer Schale) in Form von Röntgenstrahlung. Die Strahlung besitzt also die Energiedifferenz zwischen höherer (z. B. L-) und niedrigerer (z. B. K-)Schale. Da diese Energiedifferenz elementspezifisch ist, nennt man die Röntgenstrahlung "charakteristische Röntgenstrahlung". Die Wellenlänge und damit die Energie der emittierten Strahlung kann mit dem moseleyschen Gesetz berechnet werden. Bezeichnung der Spektrallinien
Die ersten drei K-Linien von Kupfer
Zur Bezeichnung der Röntgenlinien gibt man zunächst die innere Schale an, in die das Elektron bei der Emission übergegangen ist, z. B. K, L, M, usw. K alpha linien tabelle van. Ein griechischer Buchstabe als Index gibt die Differenz zur Hauptquantenzahl n der äußeren Schale an, aus der das Elektron kam. Z. B. entspricht
ein Index alpha einem $ \Delta n $ von 1, d. h. der nächsthöheren Schale (für die K-Serie ist das die L-Schale)
ein Index beta einem $ \Delta n $ von 2 (für die K-Serie ist das die M-Schale), usw.
Vergleich mit Serienformel für Einelektronensysteme
Vergleicht man diese Beziehung mit der Serienformel, die sich für Einelektronensysteme der Kernladungszahl \(Z\) aus der BOHRschen Theorie ergibt\[\frac{1}{{{\lambda _{m \to n}}}} = {Z^2} \cdot {R_\infty} \cdot \left( {\frac{1}{{{n^2}}} - \frac{1}{{{m^2}}}} \right);m, n \in \mathbb{N};m > n \quad(2)\]so gelangt man zu einer Übereinstimmung im Zahlenfaktor, wenn man für \(n=1\) und für \(m=2\) wählt. K alpha linien tabelle et. Die K α -Linie ergibt sich somit wohl durch einen Übergang von der zweiten zur ersten Quantenbahn. Abschirmeffekt des verbleibenden Elektrons der \(\rm{K}\)-Schale
Die Reduzierung der Kernladungszahl \(Z\) auf \(Z-1\) beim Gesetz von MOSELEY kann man durch einen Abschirmeffekt des zweiten Elektrons auf der \(\rm{K}\)-Schale deuten:
Damit die \(\rm{K}_\alpha\)-Linie emittiert werden kann, muss vorher auf der \(\rm{K}\)-Schale eines der beiden Elektronen (auf der \(\rm{K}\)-Schale finden zwei Elektronen Platz) entfernt werden. Dabei muss die Energiezufuhr (durch eine äußeres Photon oder Elektron) so hoch sein, dass das \(\rm{K}\)-Elektron auf ein noch unbesetztes Niveau gehoben werden kann.