Перегляд вихідного коду сторінки Спектральні серії водню

[[Файл:Hydrogen_spectrum.svg|праворуч|міні|400x400пкс|Спектральні лінії атома водню]]
'''Спектральні серії водню'''&nbsp;— набір [[Спектральна серія|спектральних серій]], що складають [[спектр атома водню]]. Оскільки водень&nbsp;— найпростіший [[атом]], його спектральні серії вивчено найкраще. Вони добре підпорядковуються [[Формула Рідберґа|формулі Рідберґа]]:

: <math>\frac{1}{\lambda} = R \left(\frac{1}{{n'}^2} - \frac{1}{n^2}\right)</math>,

де {{Nobr|1={{math|''R''}} = 109&nbsp;677 см<sup>−1</sup>}}&nbsp;— [[стала Рідберґа]] для водню, {{Math|''n′''}}&nbsp;— основний рівень серії.

[[Спектральна лінія|Спектральні лінії]], що виникають при переходах на основний енергетичний рівень, називаються '''резонансними''', всі інші&nbsp;— '''субординатними'''.

== Фізика спектральних серій ==
[[Файл:Hydrogen transitions.svg|праворуч|міні|400x400пкс|Стани електрона і відповідні довжини хвиль для водню.]]
Атом водню складається з електрона, що обертається навколо ядра. Електромагнітна сила між електроном і протоном ядра викликає наявність набору квантових станів електрона, кожен з яких має свою енергію. Ці стани зображуються на [[Атомна модель Бора|борівський моделі]] як окремі орбіти електрона. Кожній орбіті або стану відповідає ціле число {{Mvar|n}}.

Спектральне випромінювання відбувається, коли [[електрон]] переходить з вищого енергетичного стану в нижчий. Стан з нижчою енергією позначається як {{Mvar|n′}}, а з вищою {{Mvar|n}}. Енергія випроміненого фотона відповідає різниці енергій двох станів. Оскільки енергія кожного стану завжди однакова, різниця між ними теж завжди однакова і перехід завжди супроводжується випроміненням фотона зі сталою енергією.

Спектральні лінії згруповано в серії за {{Mvar|n′}}. Лінії названо послідовно, починаючи від лінії з найнижчою частотою, грецькими літерами. Наприклад, лінія {{Nobr|2 → 1}} називається лінією Лаймана-альфа (Ly-α), а {{Nobr|7 → 3}} Пашена-дельта (Pa-δ).
[[Файл:05-07-2015_Problem_7.64.jpg|міні|Діаграма енергетичних станів атома водню.]]
У водню існують лінії, які не входять у ці серії, як, наприклад, [[Радіолінія гідрогену 21 см|21 сантиметрова]] лінія. Ці лінії відповідають рідкіснішим процесам в атомі, таким як [[Надтонка структура|надтонкі]] переходи.<ref>{{Cite web|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/h21.html|title=The Hydrogen 21-cm Line|accessdate=2009-03-18|website={{нп|HyperPhysics}}|publisher=[[Університет штату Джорджія]]|date=2004-10-30|archive-date=29 липня 2018|archive-url=https://web.archive.org/web/20180729045857/http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/h21.html}}</ref> [[Тонка структура]] також виявляє єдині спектральні лінії, що мають вигляд двох і більше тісно згрупованих тонких ліній, утворених завдяки релятивістським ефектам.<ref>{{Книга
|заголовок = Introductory Quantum Mechanics
|видавництво = [[Addison–Wesley]]
|рік = 2002
|ISBN = 0-8053-8714-5
|ref = Liboff
|мова = und
|автор = {{Нп3|Річард Лібофф|Liboff, Richard L.|en|Richard Liboff}}
}}</ref>

== Серія Лаймана ==
{{Докладніше|Серія Лаймана}}
Відкрив [[Теодор Лайман]] 1906 року. Всі лінії серії лежать в ультрафіолетовому діапазоні. Серія відповідає формулі Рідберґа за {{Nobr|1={{math|''n′''}} = 1}} і {{Nobr|1={{math|''n''}} = 2, 3, 4, …}}; лінія {{Nobr|1=L<sub>α</sub> = 1216 Å}} є резонансною лінією водню. Межа серії&nbsp;— {{Num|911.8|Å}}.

== Серія Бальмера ==
{{Докладніше|Серія Бальмера}}
Відкрив [[Йоганн Якоб Бальмер|Йоганн Бальмер]] 1885 року. Перші чотири лінії серії лежать у видимому діапазоні і були відомі задовго до Бальмера, який запропонував емпіричну формулу для відповідних їм [[Довжина хвилі|довжин хвиль]] і на її основі передбачив існування інших ліній цієї серії в ультрафіолетовій ділянці. Серія відповідає формулі Рідберґа за {{Nobr|1={{math|''n′''}} = 2}} і {{Nobr|1={{math|''n''}} = 3, 4, 5, …}}; лінія {{Nobr|1=H<sub>α</sub> = 6565 Å}}, межа серії&nbsp;— {{Num|3647|Å}}.

== Серія Пашена ==
{{Докладніше|Серія Пашена}}
Передбачив [[Вальтер Ріц]] 1908 року на основі [[Комбінаційний принцип Ріца|комбінаційного принципу]]. Відкрив [[Фрідріх Пашен]] того ж року. Всі лінії серії лежать в інфрачервоному діапазоні. Серія відповідає формулі Рідберґа за {{Nobr|1={{math|''n′''}} = 3}} і {{Nobr|1={{math|''n''}} = 4, 5, 6, …}}; лінія {{Nobr|1=P<sub>α</sub> = 18 756 Å}}, межа серії&nbsp;— {{Num|8206|Å}}.

== Серія Брекета ==
{{Докладніше|Серія Брекета}}
Відкрив {{Нп|Фредерік Самнер Брекет|Фредерік Брекет|en|Frederick Sumner Brackett}} 1922 року. Всі лінії серії лежать у близькому інфрачервоному діапазоні. Серія відповідає формулі Рідберґа за {{Nobr|1={{math|''n′''}} = 4}} і {{Nobr|1={{math|''n''}} = 5, 6, 7, …}}; лінія {{Nobr|1=B<sub>α</sub> = 40 522 Å}}. Межа серії&nbsp;— {{Num|14 588|Å}}.

== Серія Пфунда ==
{{Докладніше|Серія Пфунда}}
Відкрив {{Нп|Август Герман Пфунд|Август Пфунд|en|August Herman Pfund}} 1924 року. Лінії серії лежать у близькому (частина в середньому) інфрачервоному діапазоні. Серія відповідає формулі Рідберґа за {{Nobr|1={{math|''n′''}} = 5}} і {{Nobr|1={{math|''n''}} = 6, 7, 8, …}}; лінія {{Nobr|1=Pf<sub>α</sub> = 74 598 Å}}. Межа серії&nbsp;— {{Num|22 794|Å}}.

== Серія Гемпфрі ==
{{Докладніше|Серія Гемпфрі}}
Відкрив {{Нп|Куртіс Гемпфрі|3=en|4=Curtis J. Humphreys}} 1953 року. Серія відповідає формулі Рідберґа за {{Nobr|1={{math|''n′''}} = 6}} і {{Nobr|1={{math|''n''}} = 7, 8, 9, …}}; основна лінія&nbsp;— {{Num|123 718|Å}}межа серії&nbsp;— {{Num|32 823|Å}}.

== Серія Гансена&nbsp;— Стронґа ==
Відкрили Джон Стронґ і Пітер Гансен 1972 року<ref>{{cite journal |last1=Hansen |first1=Peter |last2=Strong |first2=John |title=Seventh Series of Atomic Hydrogen |journal=Applied Optics |date=1973 |volume=12 |issue=2 |pages=429–430 |doi=10.1364/AO.12.000429 |bibcode=1973ApOpt..12..429H }}</ref>. Серія відповідає формулі Рідберґа за {{Nobr|1={{math|''n′''}} = 7}} і {{Nobr|1={{math|''n''}} = 8, 9, 10, …}}.

== Серії, раніше приписувані водню ==

=== Серія Фаулера ===
{{Докладніше|Серія Фаулера}}
1912 року під час вивчення спектру випромінювання вакуумних трубок, заповнених сумішшю водню й гелію, [[Альфред Фаулер]] відкрив серію, що відповідала формулі Рідберґа для {{Nobr|1={{math|''n′''}} = 1,5}} і {{Nobr|1={{math|''n''}} = 2, 3, 4, …}}. Насправді ця серія належить одноразово йонізованому гелію для {{Nobr|1={{math|''n′''}} = 3}} і {{Nobr|1={{math|''n''}} = 4, 5, 6, …}}.

=== Серія Пікерінга ===
{{Докладніше|Серія Пікерінга}}
1896 року під час вивчення спектру зорі [[Дзета Корми|ζ Корми]], [[Едвард Чарлз Пікерінг]] відкрив серію, що відповідає формулі Рідберґа для {{Nobr|1={{math|''n′''}} = 2}} і {{Nobr|1={{math|''n''}} = 2,5; 3,5; 4,5; …}}. Насправді ця серія належить одноразово йонізованому гелію для {{Nobr|1={{math|''n′''}} = 4}} і {{Nobr|1={{math|''n''}} = 5, 6, 7, …}}.

== Див. також ==

* [[Радіолінія гідрогену 21 см|Радіолінія нейтрального водню]] ({{Num|21|см}})
* [[Спектр атома водню|Атом водню]]

== Примітки ==
{{Reflist}}{{Спектральні серії водню}}
[[Категорія:Водень]]
[[Категорія:Спектроскопія]]
[[Категорія:Атомна фізика]]