Русская Википедия:Спектральные серии водорода
Спектральные серии водорода — набор спектральных серий, составляющих спектр атома водорода. Поскольку водород — наиболее простой атом, его спектральные серии наиболее хорошо изучены. Они хорошо подчиняются формуле Ридберга:
- <math>\frac{1}{\lambda} = R \left(\frac{1}{{n'}^2} - \frac{1}{n^2}\right)</math>,
где Шаблон:Math = 109 677 см−1 — постоянная Ридберга для водорода, Шаблон:Math — основной уровень серии.
Спектральные линии, возникающие при переходах на основной энергетический уровень, называются резонансными, все остальные — субординатными.
Физика спектральных серий
Атом водорода состоит из электрона, вращающегося вокруг ядра — протона. Сила электромагнитного взаимодействия между электроном и протоном порождает набор дискретных квантовых состояний электрона, каждое из которых имеет свою определённую энергию. Эти состояния изображаются в боровской модели как отдельные орбиты электрона вокруг протона. Каждой орбите или состоянию атома соответствует целое число Шаблон:Mvar, называемое главным квантовым числом.
Излучение на частотах спектральных линий происходит, когда электрон переходит из более высокого энергетического состояния в более низкое. Состояние с более низкой энергией обозначается как Шаблон:Mvar, а с более высокой Шаблон:Mvar. Энергия излучённого фотона соответствует разности энергий этих двух состояний. Так как энергия каждого состояния всегда одинакова, разница между ними тоже всегда одинакова и переход всегда будет излучать фотон с постоянной энергией, то есть с постоянной длиной волны.
Спектральные линии принято группировать в серии с разными Шаблон:Mvar. Линии в каждой серии обозначаются последовательно от самой длинноволновой линии греческими буквами в алфавитном порядке. Например, линия Шаблон:Nowrap называется линией Лаймана-альфа (Ly-α), а Шаблон:Nowrap Пашена-дельта (Pa-δ).
У атома водорода существуют линии, не описываемые этими сериями, как, например, радиолиния нейтрального водорода с длиной волны около 21 сантиметра. Эти линии порождаются более редкими энергетическими переходами в атоме, называемыми сверхтонкими переходами[1].
Тонкая структура энергетических уровней также порождает дискретные спектральные линии, наблюдаемые в виде двух и более чем двух тесно сгруппированных линий, возникающих из-за релятивистских эффектов[2].
Серия Лаймана
Шаблон:Main Открыта Т. Лайманом в 1906 году. Все линии серии находятся в ультрафиолетовом диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга при Шаблон:Math = 1 и Шаблон:Math = 2, 3, 4, …; линия Lα = 1216 Å является резонансной линией водорода. Граница серии — Шаблон:Num.
Серия Бальмера
Шаблон:Main Открыта И. Я. Бальмером в 1885 году. Первые четыре линии серии находятся в видимом диапазоне и были известны задолго до Бальмера, который предложил эмпирическую формулу для их длин волн и на её основе предсказал существование других линий этой серии в ультрафиолетовой области. Серия соответствует формуле Ридберга при Шаблон:Math = 2 и Шаблон:Math = 3, 4, 5, …; линия Hα = 6565 Å, граница серии — Шаблон:Num.
Серия Пашена
Шаблон:Main Предсказана Ритцем в 1908 году на основе комбинационного принципа. Открыта Ф. Пашеном в том же году. Все линии серии находятся в инфракрасном диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга при Шаблон:Math = 3 и Шаблон:Math = 4, 5, 6, …; линия Pα = 18 756 Å, граница серии — Шаблон:Num.
Серия Брэккета
Шаблон:Main Открыта Ф. С. Брэккетом в 1922 году. Все линии серии находятся в ближнем инфракрасном диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга при Шаблон:Math = 4 и Шаблон:Math = 5, 6, 7, …; линия Bα = 40 522 Å. Граница серии — Шаблон:Num.
Серия Пфунда
Шаблон:Main Открыта А. Г. Пфундом в 1924 году. Линии серии находятся в ближнем (часть в среднем) инфракрасном диапазоне. Серия соответствует формуле Ридберга при Шаблон:Math = 5 и Шаблон:Math = 6, 7, 8, …; линия Pfα = 74 598 Å. Граница серии — Шаблон:Num.
Серия Хэмпфри
Шаблон:Main Открыта К. Д. Хэмпфри в 1953 году. Серия соответствует формуле Ридберга при Шаблон:Math = 6 и Шаблон:Math = 7, 8, 9, …; основная линия — Шаблон:Num, граница серии — Шаблон:Num.
Серия Хансена — Стронга
Шаблон:Main Открыта Джоном Стронгом и Питером Хансеном в 1972 году. Серия соответствует формуле Ридберга при Шаблон:Math = 7 и Шаблон:Math = 8, 9, 10, ….
Серии, ранее приписываемые водороду
Серия Фаулера
Шаблон:Main Открыта в 1912 году Альфредом Фаулером при изучении спектра излучения вакуумных трубок, заполненных смесью водорода и гелия. Серия соответствует формуле Ридберга при Шаблон:Math = 1,5 и Шаблон:Math = 2, 3, 4, …. На самом деле эта серия принадлежит однократно ионизированному гелию при Шаблон:Math = 3 и Шаблон:Math = 4, 5, 6, ….
Серия Пикеринга
Шаблон:Main Открыта в 1896 году Эдвардом Пикерингом при изучении спектра звезды ζ Кормы. Серия соответствует формуле Ридберга при Шаблон:Math = 2 и Шаблон:Math = 2,5; 3,5; 4,5; …. На самом деле эта серия принадлежит однократно ионизированному гелию при Шаблон:Math = 4 и Шаблон:Math = 5, 6, 7, ….
См. также
Примечания
Шаблон:Спектральные серии водорода
