Закономірності в атомних спектрах

На при кінці ХІХ ст. спектроскопистами був накопичений багатий дослідний матеріал по визначенню спектрів різний речовин, однак зі всією отриманою різноманітністю спектрів довго не вдавалося винайти які-небудь закономірності. Ретельне дослідження спектрів газоподібних речовині лужних елементів показує, що в них є визначені групи (серії) ліній, які описуються певним чином.

Вперше, в 1885 р., швейцарський фізик Бальмер Йоган Якоб (1825 – 1898) показав, що довжини хвиль однієї із серій спектра водню можна представити формулою:

(1.1)

де l₀=const (l₀=3647 Å), n – ціле число, яке приймає значення ³ 3 ….

Це серія Бальмера, перша лінія серії (при n = 3) називається головною лінією.

Рідберг Йоган Роберт (1854 – 1919, шведский фізикспектроскопіст) запропонував більш зручний запис серіальних закономірностей в вигляді хвильових чисел:

(число довжин хвиль в 1 см).

Тоді для серії Бальмера маємо:

(1.2)

де R – постійна Рідберга (R = 109 677,6 см^-1).

Серія Бальмера розташована в видимій у ближній УФ частині спектра, інтенсивність спектральних ліній спадає по мірі зростання хвильових чисел (до кінця спектра).

Пізніше були визначені і інші серії ліній у спектрі водню в ІЧ і УФ частинах спектра.

УФ-серія Лаймана		n=2,3…	При n=2 lmax=1215 Å (резонансна лінія); при n=¥ lгр=911,27 Å (гранична лінія)
Видима серія Бальмера		n=3,4…	Ha=6563Å, Hb=4861Å, Hg=4340 Å, Hg=3971Å,Hгр=3647 Å	1885 р.
ІЧ-серія Пашена		n=4,5…	При n=¥ lгр=8201,4 Å (гранична лінія)	1908 р.-передбачена Рітцем, винайдена Пашеном
Серія Бреккета		n=5,6…	При n=¥ lгр=14 580 Å (гранична лінія)	Комбінація ліній серії Пашена
Серія Пфунда		n=6,7…	При n=¥ lгр=22 782 Å (гранична лінія)	Комбінація ліній серії Бреккета

Як наслідок, відмічається чітка закономірність у розташуванні ліній водню, яку можна описати загальною формулою Бальмера

(1.3)

де m,n – цілі числа, n³(m+1).

Величина (спектральний терм) – хвильове число граничної лінії в даній спектральній серії (при n®¥), яка називається границею серії.

Якщо взяти ряд значень величин , то по (1.3) хвильові числа любих ліній спектра водню в серіях визначаються різницею:

(1.4)

де T(m) і T(n) – спектральні терми, або просто терми. Це співвідношення представляє собою основний закон спектроскопії.

У 1908р. Рітц запропонував так званий комбінаційний принцип Рітца з якого витікають наступні співвідношення:

тобто різниця частот (хвильових чисел) однієї серії дає частоти (хвильові числа) іншої. При цьому треба враховувати наявність правил відбору.

2. Модель атома Томсона*.

Згідно класичних уявлень атом міг би випромінювати монохроматичну хвилю (спектральну лінію) тільки в тому випадку, коли електрон в атомі здійснює гармонічні коливання. Тобто утримується біля центра квазіпружною силою , де r – відхилення від положення рівноваги.

Дж. Томсон в 1903 р. запропонував наступну модель, яка відповідає вказаним уявленням: рівномірно заповнена додатним зарядом куля, всередині якої знаходяться електрони (атом в цілому електрично нейтральний).