Serija Balmer

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Pojdi na navigacijo Pojdi na iskanje

Balmerjeva serija je ena od spektralnih serij vodikovega atoma, opaženih za prehode med drugo energijsko (prvo vzbujeno) raven atoma in višjimi nivoji [1] . Za razliko od ultravijolične serije Lyman , povezane s prehodi na nivo tal, prve štiri vrstice Balmerjeve serije ležijo v vidnem območju spektra.

Poimenovan po švicarskem matematiku Johannu Balmerju , ki je to serijo opisal leta 1885 s formulo (glej Balmerjevo formulo spodaj).

Oblikovanje serije Balmer

Emisiona Orionova meglica ima svojo rdečo barvo zaradi nevtralnega atomskega vodika, ki oddaja v prvi Balmerjevi H α liniji z valovno dolžino 656,3 nm .

Serija je bila najdena v spektru Sonca [2] . Zaradi obilice vodika v vesolju je Balmerjeva serija opažena v spektrih večine vesoljskih objektov.

Ta serija nastane pri prehodih elektronov z vzbujenih energijskih nivojev z glavnim kvantnim številom n > 2 na drugo raven ( n = 2) v emisijskem spektru in z druge ravni na vse višje nivoje med absorpcijo .

Prehod s tretje energetske ravni na drugo je označen z grško črko α , s 4. na 2. - β itd. Za označevanje same serije se uporablja latinska črka H. nivo na drugi ravni - H α ( Izgovarja se Balmer-alfa ).

Navidezne emisijske linije vodika v seriji Balmer. H α - rdeča črta na desni z valovno dolžino 656,3 nm .
Dve skrajni levi črti, H ε in H ζ , ležita že v ultravijoličnem območju spektra in imata valovni dolžini 397,0 nm oziroma 388,9 nm .

Balmerjeva formula

Diagram energijskih nivojev vodikovega atoma in spektralne serije

Za opis valovnih dolžin λ štirih vidnih linij vodikovega spektra je I. Balmer predlagal formulo:

kjer je n = 3, 4, 5, 6;
b = 3645,6 Å .

Trenutno se za serijo Balmer uporablja poseben primer Rydbergove formule :

kjer je λ valovna dolžina,
R ≈ 109737,3157 cm −1 - Rydbergova konstanta ,
n je glavno kvantno število začetne ravni - naravno število, večje ali enako 3.

Prve 4 vrstice serije so v vidnem območju , ostale so v ultravijoličnem območju :

Poimenovanje H α H β H γ H δ H ε H ζ H η Meja serije
n 3 4 5 6 7 osem devet
Valovna dolžina, nm 656.3 486.1 434.1 410.2 397,0 388.9 383.5 364.6

Meja serije ustreza ujetju prostega elektrona z ničelno začetno energijo s protonom na drugo (t.j. prvo vzbujeno) raven. Onstran meje, proti krajšim valovnim dolžinam, se razprostira Balmerjev kontinuum – neprekinjen (nelinearni) del spektra, ki ustreza ujetju prostega elektrona s poljubno pozitivno začetno energijo s protonom na drugo raven atoma vodika.

Poleg Balmerjeve serije obstajajo serije emisijskih linij, ki v celoti (z izjemo kontinuuma serije) ležijo v infrardečem območju spektra ( Paschenova , Bracket , Pfundova serija itd., kar ustreza prehodom v 3., 4., 5. ... energijske ravni), kot tudi Lymanova serija, ki v celoti leži v ultravijoličnem območju, kar ustreza prehodom na talno raven vodikovega atoma.

Zgodovina nastanka Balmerjeve formule in njen pomen

Johann Balmer ni bil spektrograf . Njegova zasluga je v tem, da je opisal spekter do takrat znanih vodikovih atomov s preprosto formulo:

kjer je n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å (znana kot Balmerjeva konstanta ).

Trden privrženec pitagorejcev je Balmer menil, da je treba skrivnost enotnosti vseh opazovanih pojavov iskati v različnih kombinacijah celih števil [3] . Obstaja različica, po kateri se je Balmer nekoč hvalil, da lahko najde formulo za zaporedje poljubnih štirih številk, njegov prijatelj Eduard Hagenbach-Bischoff ( en: Eduard Hagenbach-Bischoff ) pa mu je v sporu dal valovne dolžine rdeče, zelene, modre in vijolične črte vodikovega spektra [4] [5] . Balmer ni opisal le valovne dolžine štirih znanih vodikovih linij, ampak je napovedal tudi obstoj pete črte (pri n = 7) z valovno dolžino 397 nm v bližnjem ultravijoličnem območju, ki ga je opazil Angstrom , in bolj oddaljene črte serije, ki sta jih v spektrih belih zvezd odkrila G. Vogel in W. Huggins .

Leta 1886 je Runge predlagal, da se v formuli Balmer namesto valovne dolžine lambda uporabi njena frekvenca ν = c / λ:

kjer je c hitrost svetlobe ; k = 2; n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å.

Leta 1890 je J. Rydberg predlagal, da bi formulo zapisali v obliki, ki jo je ohranila do zdaj :

Leta 1908 je W. Ritz izrazil frekvenco vala kot razliko med dvema izrazoma :

predlagal metodo, ki je bila kasneje poimenovana po njem .

Tako je bila formula, ki jo je predlagal Balmer in ki opisuje štiri vrstice vidnega spektra emisije vodika, razvita po načelih, ki omogočajo opis spektra katerega koli kemičnega elementa.

Neuspešni poskusi razlage fizičnega pomena Balmerjeve formule so se nadaljevali skoraj 28 let. V začetku leta 1913 si je Niels Bohr prizadeval odpraviti protislovja med klasičnimi zakoni fizike in planetarnim modelom atoma, ki ga je predlagal Rutherford. Spektroskopist Hans Hansen ( sv: Hans Marius Hansen ) je svetoval Bohru, naj bo pozoren na spektralne formule. Kasneje je Bohr večkrat rekel:

Takoj ko sem videl Balmerjevo formulo, mi je takoj postalo jasno [4] [6] .

Izkazalo se je, da so cela števila v formuli dovoljene orbite, spektralne črte pa so posledica kvantnih prehodov elektronov iz ene orbite v drugo [7] .

Opombe (uredi)

  1. " Fizična enciklopedija ", letnik 1, članek "Balmerjeva serija"
  2. Glej članek Fraunhoferjeva linija .
  3. L. Ponomarev. Onkraj kvanta / Moskva // Mlada garda, 1971, str. 304.
  4. 1 2 Danin D.S. Verjetnostni svet. - M .: Znanje. - 1981 .-- S. 78 , 79 , 77
  5. WF Magie. Izvorna knjiga iz fizike (nedoločeno) . - Cambridge, Mass: Harvard University Press , 1969 .-- Str. 360.
  6. D. S. Danin. "Niels Bohr" (nedostopna povezava) // "Mlada garda", 1978
  7. Glej članek " Bohrov model atoma ".

Poglej tudi

Povezave