V-kosmose.com

Спектр водорода

Физика > Водородные спектры

 

Рассмотрите спектральные серии водорода Лаймана, Бальмера и Пашена. Изучите формулу линии спектра атома водорода, история изучения, переход электронов, схема.

Наблюдаемые длины волн спектра водорода можно рассчитать по уравнению:

Задача обучения

  • Разобраться в сериях Лаймана, Бальмера и Пашена.

Основные пункты

  • Спектры атомной и молекулярной эмиссии и поглощения известны как дискретные (квантованные).
  • Лайман, Бальмер и Пашен именованы в честь изучавших их ученых.
  • Бор первым предложил теоретическое объяснение спектров водорода.

Термины

  • Спектр – условие, лишенное ограничения конкретным набором значений, и может варьироваться в рамках континуума.
  • Фотон – квант света, рассматриваемый в качестве дискретной частички с нулевой массой покоя, лишенной электрического заряда и с бесконечно долгой продолжительностью существования.

Десятилетиями люди пытались разобраться в характеристиках атомов. Постепенно накапливалась информация о размерах и спектрах, которую никто не мог объяснить. Спектры атомной и молекулярной эмиссии и поглощения известны как дискретные (квантованные). Максвелл и другие догадались, что должна существовать связь между атомным спектром и его структурой. Но многолетние усилия не приносили подходящей теории. Эйнштейн выдвинул предположение о существовании фотона с квантованными энергиями, выступающими прямо пропорциональными волновым длинам. Более того, стало очевидным, что электроны в атомах способы существовать только на дискретных орбитах.

В некоторых случаях получилось создать уравнения, характеризующие спектры излучения водорода. Как и предсказывали, простейший атом-водород с единственным электроном обладал относительно простым спектром. За спектром водорода наблюдали в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом свете. Длины рассчитываются по формуле:

, где λ – длина волны излучаемых ЭМ-лучей, R – постоянная Ридберга, определяемая экспериментально как R = 1.097 ⋅ 107 m-1, а nf, ni – целые положительные числа, связанные с определенным рядом.

Серии получили имена в честь изучавших их исследователей. Для разрядов Лаймана – nf = 1, для Бальмера – nf = 2, для Пашена – nf = 3. Серия Лаймана полностью расположена в УФ, а в Бальмере здесь присутствует лишь часть. Серия Пашена и все остальные – полностью в ИК. Существует неограниченное количество рядов, хотя они все накапливаются в инфракрасном диапазоне и становятся трудными для наблюдения при увеличении nf. Постоянная ni – положительное целое число, но она обязана превосходить nf. В итоге, для рядов Бальмера nf = 2 и ni = 3, 4, 5, 6.... Отметьте, что ni может приближаться к бесконечности.

Электронные переходы и их результирующие длины волн для водорода. Уровни энергии не масштабируются

Уравнение стало всего лишь подсказкой, разработанной на основе данных, но не учитывавшая физических принципов. Бальмер первым разработал формулу для своей серии, а вот Бору удалось разглядеть в ней глубокий смысл.


Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5
(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)