Spekter vodikovega atoma

Spektralne serije vodika v logaritmični skali.

Spekter vodikovega atoma sestavljajo skupine spektralnih črt v emisijskem spektru ali absorpcijskem spektru atomarnega vodika. Vodikov spekter je nezvezen. Valovne dolžine dobimo iz Rydbergove formule.

Fizikalne osnove

Elektronski prehodi pri vodiku (energijski nivoji niso v merilu).

Spektralne črte nastanejo pri preskokih elektronov med posameznimi energetskimi nivoji. Črte lahko damo v skupine, ki jih imenujemo spektralne serije. V vsaki seriji so črte, ki nastanejo pri prehodih elektronov med določeno notranjo tirnico in zunanjimi tirnicami. Posamezne črte ločimo med seboj z oznakami, ki so grške črke. Tako ima črta določene serije z največjo valovno dolžino oznako alfa (n. primer za Lymanovo črto je to Lyman-alfa ali Ly-α kar pomeni prehod med tirnicama z n = 2 in tirnico z n = 1). Nekatere črte v spektru vodika ne spadajo v nobeno spektralno serijo. Takšna je črta pri 21 cm, ki pripada bolj redkemu hiperfinemu prehodu . Fina struktura se kaže tudi v tem, da posamezne črte iz spektra razpadejo na dve črti, kar je posledica relativističnih popravkov . Omenjene spektralne serije lahko opazujemo tudi v laboratoriju. Rydbergova formula, ki služi za izračun energetskih nivojev v Bohrovem modelu je:

${1 \over \lambda }=R\left({\frac {1}{n_{1}^{2}}}-{\frac {1}{n_{2}^{2}}}\right)\qquad \left(R=1,097373\times 10^{7}\ \mathrm {m} ^{-1}\right)\,$

kjer je

• $n_{1}\,$ končni energetski nivo
• $n_{2}\,$ prvotni (začetni) energetski nivo ($n_{1}<n_{2}\,$)
• $R\,$ Rydbergova konstanta

Serije

Pri prehodih elektrona iz višjega energijskega nivoja na neki nižji energijski nivo dobimo naslednje serije spektralnih črt :

• Lymanovo serijo pri prehodu na tirnico z n = 1
• Balmerjevo serijo pri prehodu na tirnico z n = 2
• Paschenovo serijo pri prehodu na tirnico z n = 3
• Brackettovo serijo pri prehodu na tirnico z n = 4
• Pfundovo serijo pri prehodu na tirnico z n = 5
• Humphreyjevo serijo pri prehodu na tirnico z n = 6

Lymanova serija

Lymanova serija se imenuje po ameriškem fiziku in spektroskopistu Theodorju Lymanu (1874–1954) v letih od 1906 do 1914. Vse črte Lymanove serije ležijo v ultravijoličnem delu spektra.

$n$	λ (nm)
2	122
3	103
4	97,2
5	94,9
6	93,7
$\infty$	91.1

Balmerjeva serija

Balmerjeva serija se imenuje po švicarskem matematiku in fiziku Johannu Jakobu Balmerju (1825–1898), ki jo je odkril leta 1885. Najprej so črte v spektru označevali kot H-α H-β, H-γ. Štiri črte so v vidnem delu spektra. Del Balmerjeve serije se lahko vidi v spektru Sonca.

$n$	λ (nm)
3	656
4	486
5	434
6	410
7	397
$\infty$	365

Štiri vidne črte v emisijskem spektru Balmerjeve serije. Črta H-α je rdeča črta na desni strani. Ta črta je pomembna za dokazovanje prisotnosti vodika.

Paschenova serija

Paschenova serija se imenuje po nemškem fiziku Friedrichu Paschenu (1865–1947).

Vse črte Paschenove serije ležijo v infrardečem delu spektra.

$n$	λ (nm)
4	1870
5	1280
6	1090
7	1000
8	954
$\infty$	820

Brackettova serija

Brackettova serija se imenuje po ameriškem fiziku in spektroskopistu Fredericku Sumnerju Brackettu (1896–1988), ki jo je odkril v letu 1922.

$n$	λ (nm)
5	4050
6	2630
7	2170
8	1940
9	1820
$\infty$	1460

Pfundova serija

Pfundova serija se imenuje po ameriškem fiziku in spektroskopistu Augustu Hermanu Pfundu (1879–1949), ki jo je odkril v letu 1924.

$n$	λ (nm)
6	7460
7	4650
8	3740
9	3300
10	3040
$\infty$	2280

Humphreyjeva serija

Humphreyjeva serija se imenuje po ameriškem fiziku Curtisu Judsonu Humphreyu (1898–1986), ki jo je odkril v letu 1924.

$n$	λ (nm)
7	12400
8	7500
9	5910
10	5130
11	4670
$\infty$	3280

Naslednje serije

Vse naslednje serije v vodikvem spektru nimajo posebnih imen. Črte postajajo šibkejše, kar kaže na to, da so preskoki na višje eletronske tirnice vse redkejši.

Zunaje povezave

• vodikove spektralne črte (angleško)