Кожен елемент має характерне тільки для нього розподіл електронів в атомах, а отже, і зовсім специфічне розташування електронних енергетичних рівнів. Звідси випливає, що довжини хвиль і частоти випромінювання, що поглинається або випускається при перескок електронів з одного енергетичного рівня на інші, теж цілком індивідуальні для кожного елемента. Ця індивідуальність є основою атомної спектроскопії. Нижче буде детально розглянуто атомний спектр випускання водню і показано, як він пов'язаний з електронними енергетичними рівнями в атомі водню. Індивідуальність розподілу електронів і їх енергетичних рівнів в атомах кожного конкретного елемента широко використовується на практиці. Розглянемо, наприклад, люмінесцентне освітлення і лазер.
Люмінесцентне освітлення. Люмінесценція -досить поширене явище; окремий випадок її флуоресценція. На рис. 1.11 показана схема пристрою трубки люмінесцентного освітлення. У цій трубці знаходяться пари ртуті при низькому тиску. З розпеченої нитки на одному кінці трубки в неї надходять електрони. Стикаючись з атомами ртуті, вони збуджують електрони цих атомів на більш високі енергетичні рівні. Коли збуджені електрони повертаються на більш низькі енергетичні рівні, відбувається випущення фотонів ультрафіолетового світла. Фотони стикаються з атомами, які утворюють люмінесцентне покриття на внутрішній поверхні трубки. Електрони в цих атомах стають збудженими. Потім вони повертаються на більш низькі енергетичні рівні, випускаючи випромінювання, характерне для речовини, з якого складається покриття. Покриття різних типів дозволяють отримувати освітлення різного забарвлення.
Деякі речовини при порушенні ультрафіолетовим світлом або іншими видами випромінювання випускають видиме світло. Це явище називається люмінесценцією. Збудливу випромінювання змушує електрони в атомах, іонах або молекулах речовини переходити в порушені стану. Коли електрони повертаються а основний стан, вони випускають видиме світло.
Якщо повернення в основний стан відбувається відразу ж після порушення, то таке явище називається флуоресценцією. Однак якщо електрони залишаються в збуджених станах і випромінюють світло тільки через деякий період часу, явище називається фосфоресценції.
Хімічні реакції деяких з'єднань, як, наприклад, люмінол (5-ами-но-2,3-дигідро-1,4-фталазіндіон), супроводжуються хемілюмінесценції.
Інтенсивність і характер хемилюминесценции залежать від таких факторів, як концентрація реагентів, рН середовища і присутності каталізатора.
До числа різновидів люмінесценції, які спостерігаються в природі, відноситься блискавка. Блискавка є прикладом електролюмінесценції. Деякі види бактерій, ракоподібних, риб, грибів, медуз, молюсків, найпростіших одноклітинних тварин організмів, губок і черв'яків мають здатність світитися. Ймовірно, найбільш відомими прикладами тварин, здатних світитися, є світляки. Таке явище називається біолюмінесценцією, або «живим» світлом. Воно обумовлено реакцією кисню з речовиною, що знаходиться в організмі, яке називається люциферином. Ця реакція каталізується ферментом люціферази. Ссавці, птахи, плазуни, амфібії і листяні рослини не виявляють люмінесценції.
Зразки деяких мінералів, як, наприклад, флюорит CaF2, флуоресцируют при освітленні ультрафіолетовим випромінюванням. Наявність або відсутність флуоресценції у кожного конкретного зразка залежить від точного складу мінералу.
Мінерал барит, що складається головним чином з сульфату барію BaSO4, має властивість світитися в темряві, якщо його попередньо нагріти до температури нижче червоного розжарювання. Таке явище називається термолюмінесценція.
Люмінесценцію слід відрізняти від температурного світіння, що випускається тілами, які нагріті до дуже високої температури, тобто в результаті розжарювання.
Лазер. Вище було зазначено, що коли електрони, що знаходяться в збудженому стані, повертаються на більш низькі енергетичні рівні, цей перехід супроводжується випромінюванням фотонів з характеристичною довжиною хвилі (так званим стимульованим випромінюванням). (Цей процес в кожному з атомів рано чи пізно відбувається спонтанно, але фотони, випущені одними атомами, змушують інші атоми швидше випускати своє випромінювання, стимулюють його-Перекл.)
Слово «лазер» є абревіатурою з англійських слів, що означають «посилення світла стимульованим випусканням випромінювання». Найпростіший лазер складається з трьох частин: рубінового стрижня, лампи-спалахи і пари дзеркал, між якими! знаходиться рубіновий стрижень; роль цих дзеркал виконують відображають металеві етичні покриття, нанесені на торці стержня (рис. 1.12). Одне з покриттів сделанс напівпрозорим.
Спалах імпульсної ультрафіолетової лампи збуджує електрони в рубай новому стрижні. Деякі з порушених електронів негайно і самопроіз вільно повертаються на більш низькі енергетичні рівні. При цьому-вони випускаю фотони. Ці фотони відбиваються всередину рубінового стрижня дзеркальними покрила тиями на його кінцях і стимулюють випускання фотонів іншими порушеними атомами. Виникає ланцюгова реакція, яка призводить до того, що все остающіес збудженими електрони практично одночасно повертаються на свої нижчих енергетичні рівні. Це призводить до появи надзвичайно інтенсивного та \ пульсу світла, що має строго певний напрям і частоту. Оскільки оди з дзеркальних покриттів стрижня напівпрозорої, воно дозволяє світловому імпульс вийти назовні.
