Теоретическое введение. Спектр атома водорода состоит из отдельных линий (линейчатый спектр), которые объединены в группы, называемые сериями (рис

Спектр атома водорода состоит из отдельных линий (линейчатый спектр), которые объединены в группы, называемые сериями (рис. 61). Частота любой спектральной линии в каждой серии спектра водорода определяется формулой Бальмера, полученной экспериментально:

(167)

где R − постоянная Ридберга; n1 и n2 − целые числа.

Линии, частота которых определяется одним и тем же значением n₁, но разными n₂, принадлежат к одной серии (для серии Лаймана n₁ = 1, Бальмера − 2, Пашена − 3, Брэкета − 4, Пфунда − 5, Хемфри − 6). Для каждой серии n₂ = n₁ +1, n₁ +2, n₁+3 и т. д. Линия, соответствующая n₂=n₁ + 1, называется головной линией серии, а линия, соответствующая n₂ = ∞, называется границей серии. Все линии серии Лаймана и часть линий серии Бальмера расположены в ультрафиолетовой области (λ < 400 нм), некоторые линии серии Бальмера − видимой (λ = 400−760 нм), а линии остальных серий − в инфракрасной (λ > 760 нм) областях спектра.

На рис. 62 приведена схема уровней атома водорода и тех переходов, в результате которых в спектре атомарного водорода появляются линии, принадлежащие к сериям Лаймана, Бальмера и Пашена. Слева указаны соответствующие значения главного квантового числа n. Энергетическое состояние, которому соответствует n = 1 и, следовательно, наименьшее значение

энергии атома Е₁, называется основным состоянием, а остальные − возбужденными. При возрастании n расстояние между соседними уровнями уменьшается, а энергия E_n→0. Значению n = ∞ соответствует состояние, в котором электрон бесконечно удален от ядра и не связан с последним. Поэтому изменение энергии при переходе атома из состояния n = 1 в состояние n=∞ равно E_∞−E₁=hν_1,∞=Rh. Следовательно, энергия, называемая энергией ионизации атома, которую нужно затратить для того, чтобы электрон, находящийся в основном состоянии, удалить из атома, для водорода определяется по формуле

E= hν_1,∞ = Rh. (171)