Спектральні серії водню
Спектральні серії водню — набір спектральних серій, що складають спектр атома водню. Оскільки водень — найпростіший атом, його спектральні серії вивчено найкраще. Вони добре підпорядковуються формулі Рідберґа:
- ,
де Шаблон:Nobr — стала Рідберґа для водню, Шаблон:Math — основний рівень серії.
Спектральні лінії, що виникають при переходах на основний енергетичний рівень, називаються резонансними, всі інші — субординатними.
Фізика спектральних серій
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 борівський моделі як окремі орбіти електрона. Кожній орбіті або стану відповідає ціле число Шаблон:Mvar.
Спектральне випромінювання відбувається, коли електрон переходить з вищого енергетичного стану в нижчий. Стан з нижчою енергією позначається як Шаблон:Mvar, а з вищою Шаблон:Mvar. 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 Шаблон:Mvar. Лінії названо послідовно, починаючи від лінії з найнижчою частотою, грецькими літерами. Наприклад, лінія Шаблон:Nobr називається лінією Лаймана-альфа (Ly-α), а Шаблон:Nobr Пашена-дельта (Pa-δ).
У водню існують лінії, які не входять у ці серії, як, наприклад, 21 сантиметрова лінія. Ці лінії відповідають рідкіснішим процесам в атомі, таким як надтонкі переходи.[1] Тонка структура також виявляє єдині спектральні лінії, що мають вигляд двох і більше тісно згрупованих тонких ліній, утворених завдяки релятивістським ефектам.[2]
Серія Лаймана
Шаблон:Докладніше Відкрив Теодор Лайман 1906 року. Всі лінії серії лежать в ультрафіолетовому діапазоні. Серія відповідає формулі Рідберґа за Шаблон:Nobr і Шаблон:Nobr; лінія Шаблон:Nobr є резонансною лінією водню. Межа серії — Шаблон:Num.
Серія Бальмера
Шаблон:Докладніше Відкрив 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 довжин хвиль і на її основі передбачив існування інших ліній цієї серії в ультрафіолетовій ділянці. Серія відповідає формулі Рідберґа за Шаблон:Nobr і Шаблон:Nobr; лінія Шаблон:Nobr, межа серії — Шаблон:Num.
Серія Пашена
Шаблон:Докладніше Передбачив Вальтер Ріц 1908 року на основі комбінаційного принципу. Відкрив Фрідріх Пашен того ж року. Всі лінії серії лежать в інфрачервоному діапазоні. Серія відповідає формулі Рідберґа за Шаблон:Nobr і Шаблон:Nobr; лінія Шаблон:Nobr, межа серії — Шаблон:Num.
Серія Брекета
Шаблон:Докладніше Відкрив Шаблон:Нп 1922 року. Всі лінії серії лежать у близькому інфрачервоному діапазоні. Серія відповідає формулі Рідберґа за Шаблон:Nobr і Шаблон:Nobr; лінія Шаблон:Nobr. Межа серії — Шаблон:Num.
Серія Пфунда
Шаблон:Докладніше Відкрив Шаблон:Нп 1924 року. Лінії серії лежать у близькому (частина в середньому) інфрачервоному діапазоні. Серія відповідає формулі Рідберґа за Шаблон:Nobr і Шаблон:Nobr; лінія Шаблон:Nobr. Межа серії — Шаблон:Num.
Серія Гемпфрі
Шаблон:Докладніше Відкрив Шаблон:Нп 1953 року. Серія відповідає формулі Рідберґа за Шаблон:Nobr і Шаблон:Nobr; основна лінія — Шаблон:Numмежа серії — Шаблон:Num.
Серія Гансена — Стронґа
Відкрили Джон Стронґ і Пітер Гансен 1972 року[3]. Серія відповідає формулі Рідберґа за Шаблон:Nobr і Шаблон:Nobr.
Серії, раніше приписувані водню
Серія Фаулера
Шаблон:Докладніше 1912 року під час вивчення спектру випромінювання вакуумних трубок, заповнених сумішшю водню й гелію, Альфред Фаулер відкрив серію, що відповідала формулі Рідберґа для Шаблон:Nobr і Шаблон:Nobr. Насправді ця серія належить одноразово йонізованому гелію для Шаблон:Nobr і Шаблон:Nobr.
Серія Пікерінга
Шаблон:Докладніше 1896 року під час вивчення спектру зорі ζ Корми, Едвард Чарлз Пікерінг відкрив серію, що відповідає формулі Рідберґа для Шаблон:Nobr і Шаблон:Nobr. Насправді ця серія належить одноразово йонізованому гелію для Шаблон:Nobr і Шаблон:Nobr.