серия Лайман

В физике и химии серия Лаймана представляет собой водородную спектральную серию переходов и результирующих линий ультрафиолетового излучения атома водорода . , когда электрон переходит от n ≥ 2 к n = 1 (где n — главное квантовое число ), самый низкий энергетический уровень электрона (основное состояние). Переходы именуются последовательно греческими буквами : от n =2 до n =1 называется Лайман-альфа , от 3 до 1 — Лайман-бета, от 4 до 1 — Лайман-гамма и так далее. Серия названа в честь своего первооткрывателя Теодора Лаймана . Чем больше разница в главных квантовых числах, тем выше энергия электромагнитного излучения.

История

Первая линия в спектре серии Лаймана была открыта в 1906 году физиком Теодором Лайманом IV, изучавшим ультрафиолетовый спектр электрически возбужденного газообразного водорода. Остальные линии спектра (все в ультрафиолете) были открыты Лайманом в 1906-1914 гг.Спектр излучения водорода неоднороден или дискретен. Вот иллюстрация первой серии линий эмиссии водорода:

Исторически объяснение природы спектра водорода было значительной проблемой в физике . Никто не мог предсказать длины волн линий водорода до 1885 года, когда формула Бальмера дала эмпирическую формулу для видимого спектра водорода. В течение пяти лет Йоханнес Ридберг придумал эмпирическую формулу , которая решила проблему, впервые представленную в 1888 году и окончательную форму в 1890 году. Ридбергу удалось найти формулу, соответствующую известным эмиссионным линиям серии Бальмера , а также предсказать еще не открытые. Было обнаружено, что разные версии формулы Ридберга с разными простыми числами генерируют разные серии линий.

1 декабря 2011 года было объявлено, что «Вояджер-1» обнаружил первое излучение Лайман-альфа, исходящее из галактики Млечный Путь . Лайман-альфа-излучение ранее было обнаружено в других галактиках, но из-за помех со стороны Солнца излучение Млечного Пути обнаружить не удалось. ^[1]

Серия Лайман

Версия формулы Ридберга , которая создала ряд Лаймана, была: ^[2] ${1 \over \lambda }=R_{\text{H}}\left(1-{\frac {1}{n^{2}}}\right)\qquad \left(R_{\text{H}}=R_{\infty }{\frac {m_{\text{p}}}{m_{\text{e}}+m_{\text{p}}}}\approx 1.0968{\times }10^{7}\,{\text{m}}^{-1}\approx {\frac {13.6\,{\text{eV}}}{hc}}\right)$ где n — натуральное число, большее или равное 2 (т. е. $n = 2, 3, 4,...$ ).

Следовательно, линии, видимые на изображении выше, представляют собой длины волн, соответствующие n = 2 справа и n → ∞ слева. Спектральных линий бесконечно много, но по мере приближения к n → ∞ ( предел Лаймана ) они становятся очень плотными, поэтому появляются только некоторые из первых линий и последняя.

в Все длины волн серии Лаймана являются ультрафиолетовыми:

н	Длина волны ( нм )
2	121.56701 ^[3]
3	102.57220 ^[3]
4	97.253650 ^[3]
5	94.974287 ^[3]
6	93.780331 ^[3]
7	93.0748142 ^[3]
8	92.6225605 ^[3]
9	92.3150275 ^[3]
10	92.0963006 ^[3]
11	91.9351334 ^[3]
∞ Лиманский предел	91.1753

Объяснение и вывод

В 1914 году, когда Нильс Бор разработал свою модельную теорию Бора, была объяснена причина, по которой спектральные линии водорода соответствуют формуле Ридберга. Бор обнаружил, что электрон, связанный с атомом водорода, должен иметь квантованные уровни энергии, описываемые следующей формулой:

E_{n}=-{\frac {m_{e}e^{4}}{2(4\pi \varepsilon _{0}\hbar )^{2}}}\,{\frac {1}{n^{2}}}=-{\frac {13.6\,{\text{eV}}}{n^{2}}}.

Согласно третьему предположению Бора, всякий раз, когда электрон падает с начального энергетического уровня E _i на конечный энергетический уровень E _f , атом должен излучать излучение с длиной волны

\lambda ={\frac {hc}{E_{\text{i}}-E_{\text{f}}}}.

Существует также более удобное обозначение энергии в электронвольтах и длин волн в единицах ангстремов :

\lambda ={\frac {12398.4\,{\text{eV}}}{E_{\text{i}}-E_{\text{f}}}}

Ой.

Заменив энергию в приведенной выше формуле выражением для энергии в атоме водорода, где начальная энергия соответствует уровню энергии n , а конечная энергия соответствует уровню энергии m ,

{\frac {1}{\lambda }}={\frac {E_{\text{i}}-E_{\text{f}}}{12398.4\,{\text{eV Å}}}}=R_{\text{H}}\left({\frac {1}{m^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}}\right)

Где R _H — та самая константа Ридберга для водорода из давно известной формулы Ридберга. Это также означает, что обратная константа Ридберга равна пределу Лаймана.

Для связи между Бором, Ридбергом и Лайманом необходимо заменить m на 1, чтобы получить

{\frac {1}{\lambda }}=R_{\text{H}}\left(1-{\frac {1}{n^{2}}}\right)

что представляет собой формулу Ридберга для ряда Лаймана. Следовательно, каждая длина волны эмиссионных линий соответствует падению электрона с определенного энергетического уровня (больше 1) на первый энергетический уровень.

См. также

Ссылки

^ «Зонды «Вояджер» обнаружили «невидимое» свечение Млечного Пути» . Нэшнл Географик. 1 декабря 2011 года. Архивировано из оригинала 3 декабря 2011 года . Проверено 4 марта 2013 г.
^ Брем, Джон; Маллин, Уильям (1989). Введение в структуру материи . Джон Уайли и сыновья . п. 156 . ISBN 0-471-60531-Х .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж Крамида А., Ральченко Ю., Ридер Дж. и команда НИСТ по РАС (2019). База данных атомных спектров NIST (версия 5.7.1), [Онлайн]. Доступно: https://physical.nist.gov/asd [11 апреля 2020 г.]. Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсбург, Мэриленд. DOI: https://doi.org/10.18434/T4W30F

[1] «Зонды «Вояджер» обнаружили «невидимое» свечение Млечного Пути» . Нэшнл Географик. 1 декабря 2011 года. Архивировано из оригинала 3 декабря 2011 года . Проверено 4 марта 2013 г.

[Brehm-Mullin_p156-2] Брем, Джон; Маллин, Уильям (1989). Введение в структуру материи . Джон Уайли и сыновья . п. 156 . ISBN 0-471-60531-Х .

[:0-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж Крамида А., Ральченко Ю., Ридер Дж. и команда НИСТ по РАС (2019). База данных атомных спектров NIST (версия 5.7.1), [Онлайн]. Доступно: https://physical.nist.gov/asd [11 апреля 2020 г.]. Национальный институт стандартов и технологий, Гейтерсбург, Мэриленд. DOI: https://doi.org/10.18434/T4W30F

[1]

[2]

[3]