Спектральные серии водорода

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Спектральные линии атома водорода

Спектральные серии водорода — набор спектральных серий, составляющих спектр атома водорода. Поскольку водород — наиболее простой атом, его спектральные серии наиболее хорошо изучены. Они хорошо подчиняются формуле Ридберга:

,

где R = 109 677 см−1 — постоянная Ридберга для водорода, n′ — основной уровень серии.

Спектральные линии, возникающие при переходах на основной энергетический уровень, называются резонансными, все остальные — субординатными.

Физика спектральных серий[править | править вики-текст]

Состояния электрона и соответствующие длины волн для водорода.

Атом водорода состоит из электрона, вращающегося вокруг ядра. Электромагнитная сила между электроном и протоном ядра вызывает наличие набора квантовых состояний электрона, каждое из которых имеет свою энергию. Эти состояния изображаются на Боровской модели как отдельные орбиты электрона. Каждой орбите или состоянию соответствует целое число n.

Спектральное излучение происходит, когда электрон переходит из более высокого энергетического состояния в более низкое. Состояние с более низкой энергией обозначается как n′, а с более высокой n. Энергия излучённого фотона соответствует разнице двух состояний. Так как энергия каждого состояния всегда одинакова, разница между ними тоже всегда одинакова и переход всегда будет излучать фотон с постоянной энергией.

Спектральные линии сгруппированы в серии по n′. Линии названы последовательно от самой низкочастотной греческими буквами. Например, линия 2 → 1 называется линией Лаймана-альфа (Ly-α), а 7 → 3 Пашена-дельта(Pa-δ).

Диаграмма энергетических состояний атома водорода.

У водорода существуют линии, не попадающие в эти серии, как, например, 21 сантиметровая линия. Эти линии соответствуют более редким процессам в атоме, таким как сверхтонкие переходы.[1] Тонкая структура также влечёт единые спектральные линии, появляющиеся в виде двух и более тесно сгруппированных тонких линий, из-за релятивистских эффектов.[2]

Серия Лаймана[править | править вики-текст]

Открыта Т. Лайманом[en] в 1906 году. Все линии серии находятся в ультрафиолетовом диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга при n′ = 1 и n = 2, 3, 4, …; линия Lα = 1216 Å является резонансной линией водорода. Граница серии — 911,8 Å.

Серия Бальмера[править | править вики-текст]

Открыта И. Я. Бальмером в 1885 году. Первые четыре линии серии находятся в видимом диапазоне и были известны задолго до Бальмера, который предложил эмпирическую формулу для их длин волн и на её основе предсказал существование других линий этой серии в ультрафиолетовой области. Серия соответствует формуле Ридберга при n′ = 2 и n = 3, 4, 5, …; линия Hα = 6565 Å, граница серии — 3647 Å.

Серия Пашена[править | править вики-текст]

Предсказана Ритцем в 1908 году на основе комбинационного принципа. Открыта Ф. Пашеном в том же году. Все линии серии находятся в инфракрасном диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга при n′ = 3 и n = 4, 5, 6, …; линия Pα = 18 756 Å, граница серии — 8206 Å.

Серия Брэккета[править | править вики-текст]

Открыта Ф. С. Брэккетом в 1922 году. Все линии серии находятся в ближнем инфракрасном диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга при n′ = 4 и n = 5, 6, 7, …; линия Bα = 40 522 Å. Граница серии — 14 588 Å.

Серия Пфунда[править | править вики-текст]

Открыта А. Г. Пфундом в 1924 году. Линии серии находятся в ближнем (часть в среднем) инфракрасном диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга при n′ = 5 и n = 6, 7, 8, …; линия Pfα = 74 598 Å. Граница серии — 22 794 Å.

Серия Хэмпфри[править | править вики-текст]

Открыта К. Д. Хэмпфри в 1953 году. Серия соответствует формуле Ридберга при n′ = 6 и n = 7, 8, 9, …; основная линия — 123 718 Å, граница серии — 32 823 Å.

Серии, ранее приписываемые водороду[править | править вики-текст]

Серия Фаулера[править | править вики-текст]

Серия Пикеринга[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. The Hydrogen 21-cm Line. Hyperphysics. Georgia State University (30 октября 2004). Проверено 18 марта 2009.
  2. Liboff Richard L. Introductory Quantum Mechanics. — Addison-Wesley, 2002. — ISBN 0-8053-8714-5.


Спектральные серии водорода
Серия Лаймана | Серия Бальмера | Серия Пашена | Серия Брэккета | Серия Пфунда | Серия Хэмпфри
Ранее приписывались водороду: Серия Фаулера | Серия Пикеринга