Seria Balmer

Seria Balmer  este una din seriile spectrale ale atomului de hidrogen , observată pentru tranziții între al doilea nivel de energie (primul excitat) al atomului și nivelurile superioare [1] . Spre deosebire de seria ultravioletă Lyman asociată cu tranzițiile la nivelul solului, primele patru linii ale seriei Balmer se află în regiunea vizibilă a spectrului.

Numit după matematicianul elvețian Johann Balmer , care a descris această serie în 1885 cu o formulă (vezi formula Balmer de mai jos ).

Formarea seriei Balmer

Seria a fost detectată în spectrul Soarelui [2] . Datorită prevalenței hidrogenului în Univers , seria Balmer este observată în spectrele majorității obiectelor spațiale.

Această serie se formează în timpul tranzițiilor electronilor de la nivelurile de energie excitată cu numărul cuantic principal n >2 la al doilea nivel ( n =2) în spectrul de emisie și de la al doilea nivel la toate nivelurile superioare în timpul absorbției .

Trecerea de la al treilea nivel energetic la al doilea este notat cu litera greacă α , de la a 4-a la a 2-a - β etc. Litera latină H este folosită pentru a desemna seria în sine.Astfel, desemnarea completă a liniei spectrale care apare atunci când un electron trece de la al treilea nivel pe al doilea - H α (pronunțat Balmer-alfa ).

Formula lui Balmer

Pentru a descrie lungimile de undă λ ale celor patru linii vizibile ale spectrului hidrogenului, I. Balmer a propus formula:

unde n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å .

În prezent, un caz special al formulei Rydberg este utilizat pentru seria Balmer :

unde λ  este lungimea de undă, R ≈ 109737,3157 cm −1  este constanta Rydberg , n  - numărul cuantic principal al nivelului inițial - un număr natural mai mare sau egal cu 3.

Primele 4 linii ale seriei sunt în domeniul vizibil , restul sunt în domeniul ultraviolet :

Desemnare Hα _ Hβ_ _ Hγ _ H 5 Hε _ H ζ H _ marginea seriei
n 3 patru 5 6 7 opt 9 ∞
Lungime de undă, nm 656,3 486,1 434,1 410,2 397,0 388,9 383,5 364,6

Limita seriei corespunde captării unui electron liber cu energie inițială zero de către un proton la al doilea (adică primul nivel excitat). Dincolo de graniță, spre lungimi de undă mai scurte, continuumul Balmer se extinde - o parte continuă (neliniară) a spectrului corespunzătoare captării unui electron liber cu o energie inițială pozitivă arbitrară de către proton până la al doilea nivel al atomului de hidrogen.

Pe lângă seria Balmer, există serii de linii de emisie care se află în întregime (cu excepția continuumului seriei) în regiunea infraroșu a spectrului ( seria Paschen , Bracket , Pfund etc., corespunzătoare tranzițiilor către 3, 4, 5 ... niveluri energetice), precum și seria Lyman situată în întregime în regiunea ultravioletă , corespunzătoare tranzițiilor la nivelul de bază al atomului de hidrogen.

Istoria creării formulei Balmer și semnificația acesteia

Johann Balmer nu a fost un spectrograf . Meritul său constă în faptul că a descris spectrul de atomi de hidrogen cunoscut până atunci printr-o formulă simplă:

unde n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å (cunoscută ca constanta lui Balmer ).

Fiind un adept ferm al pitagoreenilor , Balmer credea că secretul unității tuturor fenomenelor observate ar trebui căutat în diferite combinații de numere întregi [3] . Există o versiune conform căreia Balmer s-a lăudat cândva că ar putea găsi o formulă pentru succesiunea oricăror patru numere, iar prietenul său Eduard Hagenbach-Bischoff i-a dat lungimile de undă ale liniilor roșii, verzi, albastre și violete ale spectrului hidrogenului de pe o îndrăzneală [4] [5] . Balmer nu numai că a descris lungimile de undă ale celor patru linii de hidrogen cunoscute, dar a prezis și existența unei a cincea linii (la n = 7) cu o lungime de undă de 397 nm , în regiunea ultravioletă apropiată, care a fost observată de Angstrom și mai îndepărtată. linii ale seriei, care au fost descoperite de G. Vogel și W. Huggins în spectrele stelelor albe.

În 1886, K. Runge a sugerat utilizarea în formula Balmer în locul lungimii de undă λ frecvența sa ν = c / λ :

unde c  este viteza luminii ; k = 2; n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å.

În 1890, J. Rydberg a sugerat scrierea formulei în forma pe care a păstrat-o până acum :

În 1908, W. Ritz a exprimat frecvența undei ca diferență între doi termeni :

prin propunerea unei metode numite ulterior după el .

Deci formula propusă de Balmer, care descrie cele patru linii ale spectrului de emisie vizibilă de hidrogen, a fost dezvoltată la principii care fac posibilă descrierea spectrului oricărui element chimic.

Încercările nereușite de a explica semnificația fizică a formulei lui Balmer au continuat aproape 28 de ani. La începutul anului 1913, Niels Bohr a lucrat pentru a rezolva contradicțiile dintre legile clasice ale fizicii și modelul planetar al atomului propus de Rutherford . Spectroscopistul Hans Hansen ( sv:Hans Marius Hansen ) l-a sfătuit pe Bohr să acorde atenție formulelor spectrale. Bohr a spus ulterior:

De îndată ce am văzut formula lui Balmer, totul s-a lămurit imediat în fața mea [4] [6] .

Numerele întregi din formulă s-au dovedit a fi orbite permise, iar liniile spectrale sunt rezultatul tranzițiilor cuantice ale electronilor de la o orbită la alta [7] .

Note

  1. ↑ „ Enciclopedia fizică ”, vol. 1, articol „Seria Balmer”
  2. ↑ Vezi articolul Fraunhofer line .
  3. ↑ L. Ponomarev. Dincolo de Quantum / Moscova // Tânăra Gardă, 1971, p. 304.
  4. ↑ 1 2 Danin D.S. Lumea probabilistică. — M.: Cunoașterea. - 1981. - S. 78 , 79 , 77
  5. ↑ WF Magie. O carte sursă în fizică  (neopr.) . - Cambridge, Mass: Harvard University Press , 1969. - P. 360.
  6. ↑ D. S. Danin. „Niels Bohr”  (link inaccesibil) // „Tânăra gardă”, 1978
  7. ↑ Vezi articolul „ Modelul Bohr al atomului ”.

Vezi și

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
 Seria spectrală a hidrogenului
Anterior atribuit hidrogenului Seria Fowler Seria Pickering