Просмотр кода страницы Спектральные серии водорода

[[Файл:Hydrogen spectrum-ru.svg|thumb|400px|Спектральные линии атома водорода]]
'''Спектра́льные се́рии водо́рода''' — набор [[спектральная серия|спектральных серий]], составляющих спектр атома [[водород]]а. Поскольку водород — наиболее простой [[атом]], его спектральные серии наиболее хорошо изучены. Они хорошо подчиняются [[Формула Ридберга|формуле Ридберга]]:

: <math>\frac{1}{\lambda} = R \left(\frac{1}{{n'}^2} - \frac{1}{n^2}\right),</math>

: где {{nobr|1={{math|''R''}} = 109 677 см<sup>−1</sup>}} — [[постоянная Ридберга]] для водорода,
: {{math|''n′''}} — основной уровень серии, {{math|''n''}} — [[натуральное число]] больше {{math|''n′''}}.

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

== Физика спектральных серий ==
[[Файл:Hydrogen transitions-ru.svg|thumb|400px|Состояния электрона и соответствующие длины волн для водорода]]
[[Файл:Wasserstoff-Termschema-2-ru.svg|thumb|400px|Схема энергетических уровней атома водорода и спектральные серии]]
Атом водорода состоит из электрона, вращающегося вокруг ядра — [[протон]]а. Сила электромагнитного взаимодействия между электроном и протоном порождает набор дискретных квантовых состояний электрона, каждое из которых имеет свою определённую энергию. Эти состояния изображаются в [[Модель Бора|боровской модели]] как отдельные орбиты электрона вокруг протона. Каждой орбите или состоянию атома соответствует целое число {{mvar|n}}, называемое [[Главное квантовое число|главным квантовым числом]].

Излучение на частотах спектральных линий происходит, когда электрон переходит из более высокого энергетического состояния в более низкое. Состояние с более низкой энергией обозначается как {{mvar|n′}}, а с более высокой {{mvar|n}}. Энергия излучённого [[фотон]]а соответствует разности энергий этих двух состояний. Так как энергия каждого состояния всегда одинакова, разница между ними тоже всегда одинакова и переход всегда будет излучать фотон с постоянной энергией, то есть с постоянной длиной волны.

Спектральные линии принято группировать в серии с разными {{mvar|n′}}. Линии в каждой серии обозначаются последовательно от самой длинноволновой линии греческими буквами в алфавитном порядке. Например, линия {{nowrap|2 → 1}} называется линией Лаймана-альфа (Ly-α), а {{nowrap|7 → 3}} Пашена-дельта (Pa-δ).

У атома водорода существуют линии, не описываемые этими сериями, как, например, [[радиолиния нейтрального водорода]] с длиной волны около 21 сантиметра. Эти линии порождаются более редкими энергетическими переходами в атоме, называемыми [[Сверхтонкая структура|сверхтонкими]] переходами<ref>{{cite web |url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/h21.html |title=The Hydrogen 21-cm Line |accessdate=2009-03-18 |work=[[Hyperphysics]] |publisher=[[Georgia State University]] |date=2004-10-30 |archive-date=2018-07-29 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180729045857/http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/h21.html |deadlink=no }}</ref>.

[[Тонкая структура]] энергетических уровней также порождает дискретные спектральные линии, наблюдаемые в виде двух и более чем двух тесно сгруппированных линий, возникающих из-за релятивистских эффектов<ref>{{книга |заглавие=Introductory Quantum Mechanics |издательство=[[Addison-Wesley]] |год=2002 |isbn=0-8053-8714-5 |ref=Liboff |язык=und |автор={{Нп3|Richard Liboff|Liboff, Richard L.|en|Richard Liboff}}}}</ref>.

== Серия Лаймана ==
{{main|Серия Лаймана}}
Открыта [[Лайман, Теодор|Т. Лайманом]] в 1906 году. Все линии серии находятся в ультрафиолетовом диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга при {{nobr|1={{math|''n′''}} = 1}} и {{nobr|1={{math|''n''}} = 2, 3, 4, …}}; линия {{nobr|1=L<sub>α</sub> = 1216 Å}} является резонансной линией водорода. Граница серии — {{num|911.8|Å}}.

== Серия Бальмера ==
{{main|Серия Бальмера}}
Открыта [[Бальмер, Иоганн Якоб|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 {{nobr|1={{math|''n′''}} = 2}} и {{nobr|1={{math|''n''}} = 3, 4, 5, …}}; линия {{nobr|1=H<sub>α</sub> = 6565 Å}}, граница серии — {{num|3647|Å}}.

== Серия Пашена ==
{{main|Серия Пашена}}
Предсказана [[Ритц, Вальтер|Ритцем]] в 1908 году на основе [[Комбинационный принцип Ритца|комбинационного принципа]]. Открыта [[Пашен, Фридрих|Ф. Пашеном]] в том же году. Все линии серии находятся в инфракрасном диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга при {{nobr|1={{math|''n′''}} = 3}} и {{nobr|1={{math|''n''}} = 4, 5, 6, …}}; линия {{nobr|1=P<sub>α</sub> = 18 756 Å}}, граница серии — {{num|8206|Å}}.

== Серия Брэккета ==
{{main|Серия Брэккета}}
Открыта [[Брэккет, Фредерик Самнер|Ф. С. Брэккетом]] в 1922 году. Все линии серии находятся в ближнем инфракрасном диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга при {{nobr|1={{math|''n′''}} = 4}} и {{nobr|1={{math|''n''}} = 5, 6, 7, …}}; линия {{nobr|1=B<sub>α</sub> = 40 522 Å}}. Граница серии — {{num|14 588|Å}}.

== Серия Пфунда ==
{{main|Серия Пфунда}}
Открыта [[Пфунд, Август Герман|А. Г. Пфундом]] в 1924 году. Линии серии находятся в ближнем (часть в среднем) инфракрасном диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга при {{nobr|1={{math|''n′''}} = 5}} и {{nobr|1={{math|''n''}} = 6, 7, 8, …}}; линия {{nobr|1=Pf<sub>α</sub> = 74 598 Å}}. Граница серии — {{num|22 794|Å}}.

== Серия Хэмпфри ==
{{main|Серия Хэмпфри}}
Открыта [[Хамфрис, Кёртис Джадсон|К. Д. Хэмпфри]] в 1953 году. Серия соответствует формуле Ридберга при {{nobr|1={{math|''n′''}} = 6}} и {{nobr|1={{math|''n''}} = 7, 8, 9, …}}; основная линия — {{num|123 718|Å}}, граница серии — {{num|32 823|Å}}.

== Серия Хансена — Стронга ==
{{main|Серия Хансена — Стронга}}
Открыта Джоном Стронгом и Питером Хансеном в 1972 году. Серия соответствует формуле Ридберга при {{nobr|1={{math|''n′''}} = 7}} и {{nobr|1={{math|''n''}} = 8, 9, 10, …}}.

== Серии, ранее приписываемые водороду ==

=== Серия Фаулера ===
{{main|Серия Фаулера}}
Открыта в 1912 году [[Фаулер, Альфред|Альфредом Фаулером]] при изучении спектра излучения вакуумных трубок, заполненных смесью водорода и гелия. Серия соответствует формуле Ридберга при {{nobr|1={{math|''n′''}} = 1,5}} и {{nobr|1={{math|''n''}} = 2, 3, 4, …}}. На самом деле эта серия принадлежит однократно ионизированному гелию при {{nobr|1={{math|''n′''}} = 3}} и {{nobr|1={{math|''n''}} = 4, 5, 6, …}}.

=== Серия Пикеринга ===
{{main|Серия Пикеринга}}
Открыта в 1896 году [[Пикеринг, Эдуард Чарлз|Эдвардом Пикерингом]] при изучении спектра звезды [[Дзета Кормы|ζ Кормы]]. Серия соответствует формуле Ридберга при {{nobr|1={{math|''n′''}} = 2}} и {{nobr|1={{math|''n''}} = 2,5; 3,5; 4,5; …}}. На самом деле эта серия принадлежит однократно ионизированному гелию при {{nobr|1={{math|''n′''}} = 4}} и {{nobr|1={{math|''n''}} = 5, 6, 7, …}}.

== См. также ==
* [[Радиолиния нейтрального водорода]] ({{num|21|см}})
* [[Атом водорода]]

== Примечания ==
{{примечания}}


{{Спектральные серии водорода}}

[[Категория:Атомная физика]]
[[Категория:Спектроскопия]]
[[Категория:Водород]]