Série Balmer

Balmerova řada je jednou ze spektrálních řad atomu vodíku , pozorované pro přechody mezi druhou energetickou (první excitovanou) hladinou atomu a vyššími hladinami [1] . Na rozdíl od ultrafialové Lymanovy řady spojené s přechody do úrovně terénu leží první čtyři čáry řady Balmer ve viditelné oblasti spektra.

Pojmenován po švýcarském matematikovi Johannu Balmerovi , který tuto řadu popsal v roce 1885 vzorcem (viz Balmerův vzorec níže ).

Vznik série Balmer

Série byla detekována ve spektru Slunce [2] . Vzhledem k převládání vodíku ve vesmíru je Balmerova řada pozorována ve spektrech většiny vesmírných objektů.

Tato řada vzniká při přechodech elektronů z excitovaných energetických hladin s hlavním kvantovým číslem n >2 do druhé hladiny ( n =2) v emisním spektru az druhé hladiny do všech vyšších hladin při absorpci .

Přechod z třetí energetické hladiny na druhou se značí řeckým písmenem α , ze 4. na 2. - β atd. Pro označení samotné řady se používá latinské písmeno H. Tedy plné označení spektrální čáry k tomu dochází, když elektron přejde ze třetí úrovně na druhou - H α (vyslovuje se Balmer-alfa ).

Balmerův vzorec

K popisu vlnových délek λ čtyř viditelných čar vodíkového spektra navrhl I. Balmer vzorec:

\lambda =b{\frac {n^{2}}{n^{2}-2^{2}}},

kde n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Á .

V současné době se pro řadu Balmer používá speciální pouzdro vzorce Rydberg :

{\frac {1}{\lambda }}=R\left({\frac {1}{2^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}}\right),

kde λ je vlnová délka, R ≈ 109737,3157 cm −1 je Rydbergova konstanta , n - hlavní kvantové číslo počáteční úrovně - přirozené číslo větší nebo rovné 3.

První 4 řádky série jsou ve viditelném rozsahu , zbytek je v ultrafialovém rozsahu :

Označení	ha _	Hβ _	Hγ _	H 5	Hε _	H ζ	H _	hranice série
n	3	čtyři	5	6	7	osm	9	∞
Vlnová délka, nm	656,3	486,1	434,1	410,2	397,0	388,9	383,5	364,6

Hranice řady odpovídá záchytu volného elektronu s nulovou počáteční energií protonem do druhé (tedy první excitované) hladiny. Za hranicí se směrem ke kratším vlnovým délkám rozšiřuje Balmerovo kontinuum - souvislá (nelineární) část spektra odpovídající záchytu volného elektronu s libovolnou kladnou počáteční energií protonem do druhé úrovně atomu vodíku.

Kromě řady Balmer existují řady emisních čar, které leží zcela (s výjimkou kontinua řady) v infračervené oblasti spektra ( řada Paschen , Bracket , Pfund atd., odpovídající přechodům do 3., 4., 5. ... energetické hladiny), stejně jako Lymanova řada ležící zcela v ultrafialové oblasti , což odpovídá přechodům do základní úrovně atomu vodíku.

Historie vzniku Balmerova vzorce a jeho význam

Johann Balmer nebyl spektrograf . Jeho zásluha spočívá v tom, že popsal spektrum tehdy známých atomů vodíku jednoduchým vzorcem:

{\lambda }=b{\frac {n^{2}}{n^{2}-2^{2}}},

kde n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å (známá jako Balmerova konstanta ).

Balmer, jako oddaný stoupenec Pythagorejců , věřil, že tajemství jednoty všech pozorovaných jevů by se mělo hledat v různých kombinacích celých čísel [3] . Existuje verze, podle které se Balmer kdysi chlubil, že dokáže najít vzorec pro posloupnost libovolných čtyř čísel, a jeho přítel Eduard Hagenbach-Bischoff mu dal vlnové délky červené, zelené, modré a fialové čáry vodíkového spektra na odvaha [4] [5] . Balmer nejen popsal vlnové délky čtyř známých vodíkových čar, ale také předpověděl existenci páté čáry (při n = 7) s vlnovou délkou 397 nm v blízké ultrafialové oblasti, kterou pozoroval Angstrom , a vzdálenější čar řady, které objevili G. Vogel a W. Huggins ve spektrech bílých hvězd.

V roce 1886 K. Runge navrhl použít v Balmerově vzorci místo vlnové délky λ její frekvenci ν = c / λ :

{\nu }={\frac {4c}{b}}\left({\frac {1}{k^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}} \že jo),

kde c je rychlost světla ; k = 2; n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Á.

V roce 1890 navrhl J. Rydberg napsat vzorec ve formě, kterou si dosud zachoval :

{\nu }=cR\left({\frac {1}{k^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}}\right).

V roce 1908 W. Ritz vyjádřil vlnovou frekvenci jako rozdíl mezi dvěma pojmy :

{\nu }={\frac {cR}{k^{2}}}-{\frac {cR}{n^{2}}}=T_{k}-T_{n},

tím, že navrhl metodu později pojmenovanou po něm .

Takže vzorec navržený Balmerem, který popisuje čtyři čáry viditelného emisního spektra vodíku, byl vyvinut na principy, které umožňují popsat spektrum jakéhokoli chemického prvku.

Neúspěšné pokusy vysvětlit fyzikální význam Balmerova vzorce pokračovaly téměř 28 let. Na začátku roku 1913 Niels Bohr pracoval na vyřešení rozporů mezi klasickými fyzikálními zákony a Rutherfordovým navrhovaným planetárním modelem atomu . Spektroskop Hans Hansen ( sv:Hans Marius Hansen ) poradil Bohrovi, aby věnoval pozornost spektrálním vzorcům. Bohr následně řekl:

Jakmile jsem uviděl Balmerův vzorec, vše se přede mnou okamžitě vyjasnilo [4] [6] .

Ukázalo se, že celá čísla ve vzorci jsou povolené orbity a spektrální čáry jsou výsledkem kvantových přechodů elektronů z jedné orbity na druhou [7] .

Poznámky

↑ " Fyzická encyklopedie ", díl 1, článek "Série Balmer"
↑ Viz článek Fraunhoferova linie .
↑ L. Ponomarev. Beyond the Quantum / Moskva // Mladá garda, 1971, str. 304.
↑ 1 2 Danin D.S. Pravděpodobnostní svět. — M.: Vědění. - 1981. - S. 78 , 79 , 77
↑ WF Magie. Zdrojová kniha ve fyzice (neopr.) . - Cambridge, Mass: Harvard University Press , 1969. - S. 360.
↑ D. S. Danin. "Niels Bohr" (nepřístupný odkaz) // "Mladá garda", 1978
↑ Viz článek " Bohrův model atomu ".

Viz také

Odkazy

Spektrum vodíku (animace)
Eisberg a Resnick. Kvantová fyzika. — John Wiley and Sons. — 1985.

Slovníky a encyklopedie	Velká Katalánština Velký Rus Britannica (online) Britannica (online)

Spektrální řada vodíku
série Lyman Série Balmer Série Paschen Řada Brackett série Pfund série Humphrey Série Hansen-Strong Dříve připisován vodíku Série Fowler Série Pickering