Spekter vodikovega atoma

Spekter vodikovega atoma sestavljajo skupine spektralnih črt v emisijskem spektru ali absorpcijskem spektru atomarnega vodika. Vodikov spekter je nezvezen. Valovne dolžine dobimo iz Rydbergove formule.

Spektralne serije vodika v logaritmični skali.

Fizikalne osnove uredi

 
Elektronski prehodi pri vodiku (energijski nivoji niso v merilu).

Spektralne črte nastanejo pri preskokih elektronov med posameznimi energetskimi nivoji. Črte lahko damo v skupine, ki jih imenujemo spektralne serije. V vsaki seriji so črte, ki nastanejo pri prehodih elektronov med določeno notranjo tirnico in zunanjimi tirnicami. Posamezne črte ločimo med seboj z oznakami, ki so grške črke. Tako ima črta določene serije z največjo valovno dolžino oznako alfa (n. primer za Lymanovo črto je to Lyman-alfa ali Ly-α kar pomeni prehod med tirnicama z n = 2 in tirnico z n = 1). Nekatere črte v spektru vodika ne spadajo v nobeno spektralno serijo. Takšna je črta pri 21 cm, ki pripada bolj redkemu hiperfinemu prehodu [1]. Fina struktura se kaže tudi v tem, da posamezne črte iz spektra razpadejo na dve črti, kar je posledica relativističnih popravkov [2]. Omenjene spektralne serije lahko opazujemo tudi v laboratoriju. Rydbergova formula, ki služi za izračun energetskih nivojev v Bohrovem modelu je:

 

kjer je

  •   končni energetski nivo
  •   prvotni (začetni) energetski nivo ( )
  •   Rydbergova konstanta

Serije uredi

Pri prehodih elektrona iz višjega energijskega nivoja na neki nižji energijski nivo dobimo naslednje serije spektralnih črt :

  • Lymanovo serijo pri prehodu na tirnico z n = 1
  • Balmerjevo serijo pri prehodu na tirnico z n = 2
  • Paschenovo serijo pri prehodu na tirnico z n = 3
  • Brackettovo serijo pri prehodu na tirnico z n = 4
  • Pfundovo serijo pri prehodu na tirnico z n = 5
  • Humphreyjevo serijo pri prehodu na tirnico z n = 6

Lymanova serija uredi

Glavni članek: Lymanova serija.

Lymanova serija se imenuje po ameriškem fiziku in spektroskopistu Theodorju Lymanu (1874–1954) v letih od 1906 do 1914. Vse črte Lymanove serije ležijo v ultravijoličnem delu spektra.[3]

  λ (nm)
2 122
3 103
4 97,2
5 94,9
6 93,7
  91.1

Balmerjeva serija uredi

Glavni članek: Balmerjeva serija.

Balmerjeva serija se imenuje po švicarskem matematiku in fiziku Johannu Jakobu Balmerju (1825–1898), ki jo je odkril leta 1885. Najprej so črte v spektru označevali kot H-α H-β, H-γ.[4] Štiri črte so v vidnem delu spektra. Del Balmerjeve serije se lahko vidi v spektru Sonca.

  λ (nm)
3 656
4 486
5 434
6 410
7 397
  365
 
Štiri vidne črte v emisijskem spektru Balmerjeve serije. Črta H-α je rdeča črta na desni strani. Ta črta je pomembna za dokazovanje prisotnosti vodika.


Paschenova serija uredi

Paschenova serija se imenuje po nemškem fiziku Friedrichu Paschenu (1865–1947).

Vse črte Paschenove serije ležijo v infrardečem delu spektra.[5]

  λ (nm)
4 1870
5 1280
6 1090
7 1000
8 954
  820


Brackettova serija uredi

Brackettova serija se imenuje po ameriškem fiziku in spektroskopistu Fredericku Sumnerju Brackettu (1896–1988), ki jo je odkril v letu 1922.

  λ (nm)
5 4050
6 2630
7 2170
8 1940
9 1820
  1460


Pfundova serija uredi

Pfundova serija se imenuje po ameriškem fiziku in spektroskopistu Augustu Hermanu Pfundu (1879–1949), ki jo je odkril v letu 1924.[6]

  λ (nm)
6 7460
7 4650
8 3740
9 3300
10 3040
  2280


Humphreyjeva serija uredi

Humphreyjeva serija se imenuje po ameriškem fiziku Curtisu Judsonu Humphreyu (1898–1986), ki jo je odkril v letu 1924.

  λ (nm)
7 12400
8 7500
9 5910
10 5130
11 4670
  3280


Naslednje serije uredi

Vse naslednje serije v vodikvem spektru nimajo posebnih imen. Črte postajajo šibkejše, kar kaže na to, da so preskoki na višje eletronske tirnice vse redkejši.

Sklici uredi

  1. »The Hydrogen 21-cm Line«. Hyperphysics. Georgia State University. 30. oktober 2004. Pridobljeno 18. marca 2009.
  2. Liboff, Richard L. (2002). Introductory Quantum Mechanics. Addison-Wesley. ISBN 0-8053-8714-5.
  3. Lyman, Theodore (1906). »The Spectrum of Hydrogen in the Region of Extremely Short Wave-Length«. Memoirs of the American Academy of Arts and Sciences. New Series. str. 125–146. ISSN 0096-6134.
  4. Balmer, J. J. (1885). »Notiz uber die Spectrallinien des Wasserstoffs«. Annalen der Physik. str. 80–87. doi:10.1002/andp.18852610506. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 18. decembra 2019. Pridobljeno 20. julija 2010.
  5. Paschen, Friedrich (1908). »Zur Kenntnis ultraroter Linienspektra. I. (Normalwellenlängen bis 27000 Å.-E.)«. Annalen der Physik. str. 537–570. doi:10.1002/andp.19083321303. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 10. januarja 2020. Pridobljeno 20. julija 2010.
  6. Pfund, A. H. (1924). »The emission of nitrogen and hydrogen in infrared«. J. Opt. Soc. Am. Zv. 9, št. 3. str. 193–196. doi:10.1364/JOSA.9.000193.

Zunaje povezave uredi