Спектральні серії водню — Вікіпедія

Спектральні серії водню — набір спектральних серій, що складають спектр атома водню. Оскільки водень — найпростіший атом, його спектральні серії вивчено найкраще. Вони добре підпорядковуються формулі Рідберґа:

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

,

де $R$ = 109 677 см⁻¹ — стала Рідберґа для водню, $n'$ — основний рівень серії.

Спектральні лінії, що виникають при переходах на основний енергетичний рівень, називаються резонансними, всі інші — субординатними.

Фізика спектральних серій[ред. | ред. код]

Атом водню складається з електрона, що обертається навколо ядра. Електромагнітна сила між електроном і протоном ядра викликає наявність набору квантових станів електрона, кожен з яких має свою енергію. Ці стани зображуються на борівський моделі як окремі орбіти електрона. Кожній орбіті або стану відповідає ціле число $n$ .

Спектральне випромінювання відбувається, коли електрон переходить з вищого енергетичного стану в нижчий. Стан з нижчою енергією позначається як $n'$ , а з вищою $n$ . Енергія випроміненого фотона відповідає різниці енергій двох станів. Оскільки енергія кожного стану завжди однакова, різниця між ними теж завжди однакова і перехід завжди супроводжується випроміненням фотона зі сталою енергією.

Спектральні лінії згруповано в серії за $n'$ . Лінії названо послідовно, починаючи від лінії з найнижчою частотою, грецькими літерами. Наприклад, лінія 2 → 1 називається лінією Лаймана-альфа (Ly-α), а 7 → 3 Пашена-дельта (Pa-δ).

У водню існують лінії, які не входять у ці серії, як, наприклад, 21 сантиметрова лінія. Ці лінії відповідають рідкіснішим процесам в атомі, таким як надтонкі переходи.^[1] Тонка структура також виявляє єдині спектральні лінії, що мають вигляд двох і більше тісно згрупованих тонких ліній, утворених завдяки релятивістським ефектам.^[2]

Серія Лаймана[ред. | ред. код]

Докладніше: Серія Лаймана

Відкрив Теодор Лайман 1906 року. Всі лінії серії лежать в ультрафіолетовому діапазоні. Серія відповідає формулі Рідберґа за $n'$ = 1 і $n$ = 2, 3, 4, …; лінія L_α = 1216 Å є резонансною лінією водню. Межа серії — 911,8 Å.

Серія Бальмера[ред. | ред. код]

Докладніше: Серія Бальмера

Відкрив Йоганн Бальмер 1885 року. Перші чотири лінії серії лежать у видимому діапазоні і були відомі задовго до Бальмера, який запропонував емпіричну формулу для відповідних їм довжин хвиль і на її основі передбачив існування інших ліній цієї серії в ультрафіолетовій ділянці. Серія відповідає формулі Рідберґа за $n'$ = 2 і $n$ = 3, 4, 5, …; лінія H_α = 6565 Å, межа серії — 3647 Å.

Серія Пашена[ред. | ред. код]

Докладніше: Серія Пашена

Передбачив Вальтер Рітц 1908 року на основі комбінаційного принципу. Відкрив Фрідріх Пашен того ж року. Всі лінії серії лежать в інфрачервоному діапазоні. Серія відповідає формулі Рідберґа за $n'$ = 3 і $n$ = 4, 5, 6, …; лінія P_α = 18 756 Å, межа серії — 8206 Å.

Серія Брекета[ред. | ред. код]

Докладніше: Серія Брекета

Відкрив Фредерік Брекет^[en] 1922 року. Всі лінії серії лежать у близькому інфрачервоному діапазоні. Серія відповідає формулі Рідберґа за $n'$ = 4 і $n$ = 5, 6, 7, …; лінія B_α = 40 522 Å. Межа серії — 14 588 Å.

Серія Пфунда[ред. | ред. код]

Докладніше: Серія Пфунда

Відкрив Август Пфунд^[en] 1924 року. Лінії серії лежать у близькому (частина в середньому) інфрачервоному діапазоні. Серія відповідає формулі Рідберґа за $n'$ = 5 і $n$ = 6, 7, 8, …; лінія Pf_α = 74 598 Å. Межа серії — 22 794 Å.

Серія Гемпфрі[ред. | ред. код]

Докладніше: Серія Гемпфрі

Відкрив Куртіс Гемпфрі^[en] 1953 року. Серія відповідає формулі Рідберґа за $n'$ = 6 і $n$ = 7, 8, 9, …; основна лінія — 123 718 Åмежа серії — 32 823 Å.

Серія Гансена — Стронґа[ред. | ред. код]

Відкрили Джон Стронґ і Пітер Гансен 1972 року^[3]. Серія відповідає формулі Рідберґа за $n'$ = 7 і $n$ = 8, 9, 10, ….

Серії, раніше приписувані водню[ред. | ред. код]

Серія Фаулера[ред. | ред. код]

Докладніше: Серія Фаулера

1912 року під час вивчення спектру випромінювання вакуумних трубок, заповнених сумішшю водню й гелію, Альфред Фаулер відкрив серію, що відповідала формулі Рідберґа для $n'$ = 1,5 і $n$ = 2, 3, 4, …. Насправді ця серія належить одноразово йонізованому гелію для $n'$ = 3 і $n$ = 4, 5, 6, ….

Серія Пікерінга[ред. | ред. код]

Докладніше: Серія Пікерінга

1896 року під час вивчення спектру зорі ζ Корми, Едвард Чарлз Пікерінг відкрив серію, що відповідає формулі Рідберґа для $n'$ = 2 і $n$ = 2,5; 3,5; 4,5; …. Насправді ця серія належить одноразово йонізованому гелію для $n'$ = 4 і $n$ = 5, 6, 7, ….

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

↑ The Hydrogen 21-cm Line. HyperPhysics^[en]. Університет штату Джорджія^[en]. 30 жовтня 2004. Архів оригіналу за 29 липня 2018. Процитовано 18 березня 2009.
↑ Liboff, Richard L.^[en]. Introductory Quantum Mechanics. — Addison–Wesley, 2002. — ISBN 0-8053-8714-5.
↑ Hansen, Peter; Strong, John (1973). Seventh Series of Atomic Hydrogen. Applied Optics. 12 (2): 429—430. Bibcode:1973ApOpt..12..429H. doi:10.1364/AO.12.000429.

[1] The Hydrogen 21-cm Line. HyperPhysics^[en]. Університет штату Джорджія^[en]. 30 жовтня 2004. Архів оригіналу за 29 липня 2018. Процитовано 18 березня 2009.

[2] Liboff, Richard L.^[en]. Introductory Quantum Mechanics. — Addison–Wesley, 2002. — ISBN 0-8053-8714-5.

[3] Hansen, Peter; Strong, John (1973). Seventh Series of Atomic Hydrogen. Applied Optics. 12 (2): 429—430. Bibcode:1973ApOpt..12..429H. doi:10.1364/AO.12.000429.

[1]

[2]

[3]