Balmer Series

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu

Balmerova serija je jedna od spektralnih serija atoma vodonika koja se posmatra za prelaze između drugog energetskog (prvo pobuđenog) nivoa atoma i viših nivoa [1] . Za razliku od ultraljubičaste Lyman serije , povezane s prijelazima na nivo tla, prve četiri linije Balmerove serije leže u vidljivom području spektra.

Ime je dobio po švajcarskom matematičaru Johannu Balmeru , koji je opisao ovu seriju 1885. sa formulom (vidi Balmerovu formulu ispod).

Formiranje Balmerove serije

Emisiona Orionova maglina duguje svoju crvenu boju neutralnom atomskom vodoniku koji emituje u prvoj Balmer H α liniji sa talasnom dužinom od 656,3 nm .

Serija je pronađena u spektru Sunca [2] . Zbog obilja vodonika u svemiru , Balmerova serija se uočava u spektrima većine svemirskih objekata.

Ova serija se formira tokom prelaza elektrona sa pobuđenih energetskih nivoa sa glavnim kvantnim brojem n > 2 na drugi nivo ( n = 2) u emisionom spektru i sa drugog nivoa na sve više nivoe tokom apsorpcije .

Prelaz sa trećeg energetskog nivoa na drugi je označen grčkim slovom α , sa 4. na 2. - β , itd. Za označavanje samog niza koristi se latinično slovo H. nivo na drugom - H α ( izgovara se Balmer-alpha ).

Prividne linije emisije vodonika u Balmerovoj seriji. H α - crvena linija na desnoj strani sa talasnom dužinom od 656,3 nm .
Dvije krajnje lijeve linije, H ε i H ζ , leže već u ultraljubičastom području spektra i imaju talasne dužine od 397,0 nm i 388,9 nm , respektivno.

Balmerova formula

Dijagram energetskih nivoa atoma vodika i spektralni niz

Da bi opisao talasne dužine λ četiri vidljive linije vodonikovog spektra, I. Balmer je predložio formulu:

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

Trenutno se za Balmerovu seriju koristi poseban slučaj Rydbergove formule :

gdje je λ talasna dužina,
R ≈ 109737,3157 cm −1 - Rydbergova konstanta ,
n je glavni kvantni broj početnog nivoa - prirodni broj veći ili jednak 3.

Prve 4 linije serije su u vidljivom opsegu , ostale su u ultraljubičastom opsegu :

Oznaka H α H β H γ H δ H ε H ζ H η Granica serije
n 3 4 5 6 7 osam devet
Talasna dužina, nm 656.3 486.1 434.1 410.2 397.0 388.9 383.5 364.6

Granica serije odgovara hvatanju slobodnog elektrona sa nultom početnom energijom od strane protona na drugi (tj. prvi pobuđeni) nivo. Iza granice, prema kraćim talasnim dužinama, proteže se Balmerov kontinuum - kontinuirani (nelinearni) deo spektra koji odgovara hvatanju slobodnog elektrona sa proizvoljnom pozitivnom početnom energijom od strane protona do drugog nivoa atoma vodonika.

Pored Balmerove serije, postoje serije emisionih linija koje leže u potpunosti (sa izuzetkom kontinuuma serije) u infracrvenom području spektra ( Paschenov , Bracket , Pfundov niz, itd., što odgovara prelazima u 3., 4., 5. ... energetski nivoi), kao i Lajmanova serija koja u potpunosti leži u ultraljubičastom području, što odgovara prelazima na prizemni nivo atoma vodonika.

Istorija stvaranja Balmerove formule i njeno značenje

Johann Balmer nije bio spektrograf . Njegova zasluga leži u činjenici da je opisao spektar do tada poznatih atoma vodika jednostavnom formulom:

gdje je n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å (poznato kao Balmerova konstanta ).

Verni sledbenik Pitagorejaca , Balmer je smatrao da tajnu jedinstva svih posmatranih pojava treba tražiti u raznim kombinacijama celih brojeva [3] . Postoji verzija prema kojoj se Balmer jednom hvalio da može pronaći formulu za niz bilo koja četiri broja, a njegov prijatelj Eduard Hagenbach-Bischoff ( en: Eduard Hagenbach-Bischoff ) mu je u sporu dao valne dužine crvenog, zelene, plave i ljubičaste linije vodonikovog spektra [4] [5] . Balmer ne samo da je opisao talasne dužine četiri poznate vodonikove linije, već je takođe predvideo postojanje pete linije (na n = 7) sa talasnom dužinom od 397 nm , u bliskom ultraljubičastom području, koje je primetio Angstrom , i udaljenijih linija serije, koje su otkrili G. Vogel i W. Huggins u spektrima bijelih zvijezda.

Godine 1886. Runge je predložio da se u formuli Balmer umjesto valne dužine lambda koristi njena frekvencija ν = c / λ:

gdje je c brzina svjetlosti ; k = 2; n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å.

Godine 1890. J. Rydberg je predložio da se formula zapiše u obliku koji je sačuvana do sada :

1908. W. Ritz je izrazio frekvenciju talasa kao razliku između dva pojma :

predlažući metodu koja je kasnije nazvana po njemu .

Tako je formula koju je predložio Balmer, a koja opisuje četiri linije vidljivog spektra emisije vodonika, razvijena na principe koji omogućavaju da se opiše spektar bilo kojeg hemijskog elementa.

Neuspješni pokušaji da se objasni fizičko značenje Balmerove formule nastavili su se skoro 28 godina. Početkom 1913. Niels Bohr je radio na uklanjanju kontradikcija između klasičnih zakona fizike i planetarnog modela atoma koji je predložio Rutherford. Spektroskopist Hans Hansen ( sv: Hans Marius Hansen ) savjetovao je Bora da obrati pažnju na spektralne formule. Nakon toga, Bohr je više puta rekao:

Čim sam vidio Balmerovu formulu, odmah mi je sve postalo jasno [4] [6] .

Ispostavilo se da su cijeli brojevi u formuli dozvoljene orbite, a spektralne linije su posljedica kvantnih prijelaza elektrona iz jedne orbite u drugu [7] .

Bilješke (uredi)

  1. " Fizička enciklopedija ", tom 1, članak "Balmer serija"
  2. Vidi članak Fraunhoferova linija .
  3. L. Ponomarev. Beyond the Quantum / Moskva // Mlada garda, 1971, str. 304.
  4. 1 2 Danin D.S. Probabilistički svijet. - M.: Znanje. - 1981.-- S. 78 , 79 , 77
  5. WF Magie. Izvorna knjiga iz fizike (neodređeno) . - Cambridge, Mass: Harvard University Press , 1969.-- P. 360.
  6. D. S. Danin. "Niels Bohr" (veza nedostupna) // "Mlada garda", 1978
  7. Vidi članak " Bohrov model atoma ".

vidi takođe

Linkovi