Формула Бальмера

Спектр Излучения Атома Водорода

В нагретом до высокой температуры водороде можно наблюдать характерный линейчатый спектр. Все спектральные линии группируются в серии в зависимости от того, на какой энергетический уровень переходят электроны.

Переходы в первые возбужденные состояния на второй энергетический уровень с верхних уровней образуют серию Бальмера (n = 2), при переходе на первый энергетический уровень с n = 1 образуют серию Лаймана (рис. 113).

Формула Бальмера

Для описания длин волн λ четырёх видимых линий спектра водорода И. Бальмер предложил формулу

где n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å.

В настоящее время для серии Бальмера используют частный случай формулы Ридберга:

где λ — длина волны,

R ≈ 1,0974·10⁷ м⁻¹ — постоянная Ридберга,

n — главное квантовое число исходного уровня — натуральное число, большее или равное 3.

Первые 4 линии серии находятся в видимом диапазоне, остальные — в ультрафиолетовом:

Обозначение	Hα	Hβ	Hγ	Hδ	Hε	Hζ	Hη	Граница серии
n								∞
Длина волны, нм	656,3	486,1	434,1	410,2	397,0	388,9	383,5	364,6

Граница серии соответствует захвату протоном свободного электрона с нулевой начальной энергией на второй (то есть первый возбуждённый) уровень. За границей в сторону более коротких длин волн простирается бальмеровский континуум — непрерывная (не линейчатая) часть спектра, соответствующая захватам протоном свободного электрона с произвольной положительной начальной энергией на второй уровень атома водорода.

Кроме серии Бальмера, существуют серии линий излучения, лежащие целиком (за исключением континуума серии) в инфракрасной области спектра (серии Пашена, Брэкета, Пфунда и т. д., соответствующие переходам на 3-й, 4-й, 5-й… энергетические уровни), а также лежащая целиком в ультрафиолетовой области серия Лаймана, соответствующая переходам на основной уровень атома водорода.

Физические работы Бальмера относятся к области спектроскопии. В 1885 г. Бальмер обнаружил закономерность в спектральных линиях атома водорода, показав, что длины волн линий видимой части спектра атома водорода связаны между собой простой зависимостью (формула Бальмера), которая даёт возможность определить длины волн всех линий водородной серии (серия Бальмера). Длина волны первой линии серии Бальмера равна 656,28 нм, граница серии лежит при 364,6 нм. В лабораторных условиях серию Бальмера можно наблюдать при электрическом разряде в водороде. Благодаря распространенности водорода во Вселенной серия Бальмера наблюдается в спектрах большинства космических объектов.

В 1889 г. шведский физик Йоханнес Ридберг обобщил формулу Бальмера, распространив её на все участки спектра электромагнитного излучения атома водорода, включая ультрафиолетовую и инфракрасную области.

Открытие серии Бальмера послужило толчком для обнаружения других серий в спектре атома водорода – серий Лаймана, Пашена, Брэкетта и Пфунда, и сыграло важную роль в изучении структуры атома.

Дата добавления: 2015-09-01