Спектр атома водорода и его объяснение. Спектральные закономерности Ридберга

В нормальных условиях атомы не излучают (как и в стационарном состоянии). Чтобы вызвать излучение атомов, надо увеличить их внутренню энергию. Это достигается, например, в газовых разрядах при соударении атомов с ионами, а чаще всего с электронами больших кинетических энергий. Спектры изолированных атомов носят ограниченный характер. Так, часть спектра атома водорода, наблюдаемая в видимой области, имеет

вид (см. рисунок, H∞ - граница серии).

Причем линии в спектре атома, в том числе и

атоме водорода, расположены не хаотично, а

объединяются в группы, которые называются

спектральными сериями. Спектральный спектр в серии, которая испускается спектром атома водорода в видимой области, описывается

λ=λo * (n(c.2) / [n(c.2) – 2(c.2)]) (1), n=3,4,5 – Бальмер, λo=const. В атомной физике положение спекутральных линий принято характеризовать волновым числом. 1/λ = ν’ (см(с.-1)). Оно показывает сколько длин волн укладывается в 1см спектра. С учетом этого (1) будет: ν’=1/λ=R(1/2(c.2) – 1/n(c.2)) (2), n=3,4,5. R=4/λo – постоянная Ридберга. R=1,092*10(c.7)м(с.-1). Спектральная серия линий описанная (2) в спектре излучений атомов водорода, называющихся серией Больцмана. Излучается в видимой и близкой УФ волнах. Кроме серий Бальмера в спектре излучения атома водорода имеется еще несколько серий.Серия Лаймона – ν’=1/λ=R(1/1(c.2) – 1/n(c.2)), n=2,3,4…,в УФ области.Серия Бальмера – ν’=1/λ=R(1/2(c.2) – 1/n(c.2)), n=3,4,5… видимая область и близкая УФ. Серия Пашена – ν’=1/λ=R(1/3(c.2) – 1/n(c.2)), n=4,5,6…, инфракрасная область. Серия Брэкета – ν’=R(1/4(c.2) – 1/n(c.2)), n=5,6,7..Серия Пфунда – ν’=R(1/5(c.2) – 1/n(c.2)), n=6,7,8.. в инфракрасной области. Все эти соотношения можно обобщив записать в виде обобщенной формулы Бальмера ν’=1/λ=z(c.2) R(1/m(c.2) – 1/n(c.2)) (3), z – порядковый номер элемента. Квантовое число m, в пределах даной серии m=const. Если z=1, то R/m(c.2)=T1(m), R/n(c.2)=T2(n) } – спектральные термы. С учетом этого (3) будет ν’=T1(m) – T2(n) (4) – комбинационный принцип Ритца. Поскольку, векторное число определяется разностью 2-х спектральных термов, то термы имеют определенный физический смысл. Этот смысл был разъяснен Бором. Исходя из боровских соотношений ν=(En – Em)/h =

=En/h – Em/h, ν=c/λ, ν’=1/λ, ν’=En/hc – Em/hc, ν’=T1(m) – T2(n) =>

T1(m)=(- Em/hc), T2(n)=(-En/hc). Т.е. каждому спектральному терму отвечает определенная энергия стационарного состояния (физический смысл). Ридверг показал, что (4) справедливо для спектров других газовых элементов