Spektrální řada vodíku

Spektrální řada vodíku  – soubor spektrálních řad , které tvoří spektrum atomu vodíku . Protože vodík je nejjednodušší atom , jeho spektrální řady jsou nejlépe prozkoumané. Dobře poslouchají Rydbergův vzorec :

kde R = 109677 cm – 1  je Rydbergova konstanta pro vodík a n'  je základní úroveň řady.

Spektrální čáry, které vznikají při přechodech na hlavní energetickou hladinu, se nazývají rezonanční , všechny ostatní jsou podřízené .

Fyzika spektrálních řad

Atom vodíku se skládá z elektronu obíhajícího kolem jádra – protonu . Síla elektromagnetické interakce mezi elektronem a protonem generuje soubor diskrétních kvantových stavů elektronu, z nichž každý má svou vlastní specifickou energii. Tyto stavy jsou v Bohrově modelu znázorněny jako jednotlivé dráhy elektronu kolem protonu. Každá orbita nebo stav atomu odpovídá celému číslu n , nazývanému hlavní kvantové číslo .

Emise na frekvencích spektrálních čar nastává, když elektron přechází z vyššího energetického stavu do nižšího. Nižší energetický stav se označuje n′ a vyšší energetický stav n . Energie emitovaného fotonu odpovídá energetickému rozdílu mezi těmito dvěma stavy. Protože energie každého stavu je vždy stejná, rozdíl mezi nimi je také vždy stejný a přechod bude vždy emitovat foton s konstantní energií, tedy s konstantní vlnovou délkou.

Spektrální čáry jsou obvykle seskupeny do sérií s různými n′ . Řádky v každé sérii jsou označeny sekvenčně od čáry s nejdelší vlnovou délkou řeckými písmeny v abecedním pořadí. Například čára 2 → 1 se nazývá čára Lyman-alfa (Ly-α) a čára 7 → 3 Paschen-delta (Pa-δ).

Atom vodíku má čáry, které tyto řady nepopisují, jako je například rádiová čára neutrálního vodíku o vlnové délce asi 21 centimetrů. Tyto čáry jsou generovány vzácnějšími energetickými přechody v atomu, nazývanými hyperjemné přechody [1] .

Jemná struktura energetických hladin také dává vzniknout jednotlivým spektrálním čarám pozorovaným jako dvě nebo více těsně seskupených čar vyvstávajících z relativistických efektů [2] .

Lyman série

Roku 1906 objevil T. Lyman . Všechny řady řady jsou v ultrafialové oblasti. Řada odpovídá Rydbergovu vzorci pro n′ = 1 an = 2 , 3, 4, … ; čára Lα = 1216 Á je rezonanční čára vodíku. Hranice řady je 911,8 Å .

Balmer série

Objevil jej I. Ya. Balmer v roce 1885. První čtyři čáry řady jsou ve viditelné oblasti a byly známy dávno před Balmerem, který navrhl empirický vzorec pro jejich vlnové délky a na jeho základě předpověděl existenci dalších čar této řady v ultrafialové oblasti. Řada odpovídá Rydbergovu vzorci pro n′ = 2 an = 3, 4, 5, … ; přímka H α = 6565 Å , hranice řady je 3647 Å .

Paschen série

Předpověděl Ritz v roce 1908 na principu kombinace . V témže roce otevřel F. Paschen . Všechny řady řady jsou v infračerveném rozsahu. Řada odpovídá Rydbergovu vzorci pro n ′ = 3 an = 4, 5, 6, … ; čára P α = 18 756 Å , hranice série - 8206 Å .

Bracketova řada

Objevil jej F.S. Brackett v roce 1922. Všechny řady řady jsou v blízké infračervené oblasti. Řada odpovídá Rydbergovu vzorci pro n ′ = 4 an = 5, 6, 7, … ; linie Ba = 40 522 Á . Hranice řady je 14588 Å .

Řada Pfund

Objevil jej A. G. Pfund v roce 1924. Čáry řady jsou v blízké (část střední) infračervené oblasti. Řada odpovídá Rydbergovu vzorci pro n ′ = 5 an = 6, 7, 8, … ; čára Pf α = 74 598 Á . Hranice řady je 22794 Å .

Humphrey série

Objevil jej C. D. Humphrey v roce 1953. Řada odpovídá Rydbergovu vzorci pro n ′ = 6 an = 7, 8, 9, … ; hlavní linie je 123718 Å , hranice série je 32823 Å .

Hansen-Strong série

Objevili John Strong a Peter Hansen v roce 1972. Řada odpovídá Rydbergovu vzorci pro n ′ = 7 an = 8, 9, 10, … .

Řada dříve připisovaná vodíku

Fowlerova série

Objeven v roce 1912 Alfredem Fowlerem při studiu emisního spektra elektronek naplněných směsí vodíku a helia. Řada odpovídá Rydbergovu vzorci pro n′ = 1,5 an = 2 , 3, 4, … . Ve skutečnosti tato řada patří k jednotlivě ionizovanému heliu při n ′ = 3 an = 4, 5, 6, … .

Pickeringův seriál

Objeven v roce 1896 Edwardem Pickeringem při studiu spektra hvězdy ζ Korma . Řada odpovídá Rydbergovu vzorci pro n′ = 2 an = 2,5; 3,5; 4,5; … . Ve skutečnosti tato řada patří k jednotlivě ionizovanému heliu při n ′ = 4 an = 5, 6, 7, … .

Viz také

• Neutrální vodíková rádiová linka ( 21 cm )
• atom vodíku

Poznámky

1. ↑ Vodíková řada 21 cm . hyperfyzika . Georgia State University (30. října 2004). Získáno 18. března 2009. Archivováno z originálu dne 29. července 2018. (neurčitý)
2. ↑ Liboff, Richard L.Úvodní kvantová mechanika  (neopr.) . — Addison-Wesley , 2002. — ISBN 0-8053-8714-5 .