Серія Бальмера - одна з спектральних серій атома водню , Що спостерігається для переходів між другим енергетичним (першим збудженим) рівнем атома і встановленими вище рівнями [1] . На відміну від ультрафіолетової серії Лаймана , Пов'язаної з переходами на основний рівень, чотири перші лінії серії Бальмера лежать у видимій області спектра.
Названа на честь швейцарського математика Йоганна Бальмера , Який описав в 1885 році цю серію формулою (див. нижче Формула Бальмера ).
Серія була виявлена в спектрі Сонця [2] . завдяки поширеності водню у Всесвіті , Серія Бальмера спостерігається в спектрах більшості космічних об'єктів.
Дана серія утворюється при переходах електронів з порушених енергетичних рівнів з головним квантовим числом n> 2 на другий рівень (n = 2) в спектрі випромінювання і з другого рівня на всі вищерозміщені рівні при поглинанні .
Перехід з третього енергетичного рівня на другий позначається грецькою буквою α, з 4-го на 2-й - β і т. Д. Для позначення самої серії використовується латинська буква H. Таким чином, повне позначення спектральної лінії, що виникає при переході електрона з третього рівня на другий - H α (вимовляється Бальмер-альфа).
Для опису довжин хвиль λ чотирьох видимих ліній спектру водню І. Бальмер запропонував формулу
λ = b n 2 n 2 - 2 2, {\ displaystyle {\ lambda} = b {\ frac {n ^ {2}} {n ^ {2} -2 ^ {2}}}}
де n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å .
В даний час для серії Бальмера використовують окремий випадок формули Рідберга :
1 λ = R (1 2 2 - 1 n 2), {\ displaystyle {\ frac {1} {\ lambda}} = R \ left ({\ frac {1} {2 ^ {2}}} - {\ frac {1} {n ^ {2}}} \ right),}
де λ - довжина хвилі,
R≈ +109737,3157 см-1 - постійна Рідберга , N - головне квантове число вихідного рівня - натуральне число, більше або рівне 3.
Перші 4 лінії серії знаходяться у видимому діапазоні, інші - в ультрафіолетовому :
Позначення H α H β H γ H δ H ε H ζ H η Кордон серії n 3 4 5 6 7 8 9 ∞ Довжина хвилі, нм 656,3 486,1 434,1 410,2 397,0 388,9 383, 5 364,6
Кордон серії відповідає захопленню протоном вільного електрона з нульовою початковою енергією на другий (тобто перший збуджений) рівень. За кордоном в сторону більш коротких довжин хвиль простягається бальмеровской континуум - безперервна (НЕ лінійчата) частину спектру, відповідна захопленням протоном вільного електрона з довільною позитивної початковій енергією на другий рівень атома водню.
Крім серії Бальмера, існують серії ліній випромінювання, що лежать цілком (за винятком континууму серії) в інфрачервоній області спектра (серії Пашена , брекетах , Пфунда і т. д., відповідні переходам на 3-й, 4-й, 5-й ... енергетичні рівні), а також лежить цілком в ультрафіолетовій області серія Лаймана , Відповідна переходам на основний рівень атома водню.
Історія створення формули Бальмера і її значення [ правити | правити код ]
Йоганн Бальмер ні спектрографістом . Його заслуга полягає в тому, що він описав відомий на той час спектр атомів водню простою формулою:
λ = b n 2 n 2 - 2 2, {\ displaystyle {\ lambda} = b {\ frac {n ^ {2}} {n ^ {2} -2 ^ {2}}}}
де n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å (відома як постійна Бальмера).
Будучи переконаним послідовником піфагорійців , Бальмер вважав, що таємницю єдності всіх спостережуваних явищ слід шукати в різних комбінаціях цілих чисел [3] . Існує версія, згідно з якою Бальмер одного разу похвалився, що може знайти формулу для послідовності будь-яких чотирьох чисел, і його друг Едуард Хагенбах-Бишофф ( en: Eduard Hagenbach-Bischoff ) На спір дав йому довжини хвиль червоною, зеленою, синьою і фіолетовою ліній водневого спектра [4] [5] . Бальмер не тільки описав довжини хвиль чотирьох відомих ліній водню, а й передбачив існування п'ятої лінії (при n = 7) з довжиною хвилі 397 нм, в ближній ультрафіолетовій області, яку спостерігав ангстрем , І більш далеких ліній ряду, які були виявлені Г.Фогелем і У. Хаггінс в спектрах білих зірок.
У 1886 році К. Рунге запропонував використовувати у формулі Бальмера замість довжини хвилі λ її частоту ν = c / λ:
ν = cb (1 k 2 - 1 n 2), {\ displaystyle {\ nu} = {\ frac {c} {b}} \ left ({\ frac {1} {k ^ {2}}} - { \ frac {1} {n ^ {2}}} \ right),}
де c - швидкість світла ; k = 2; n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å.
У 1890 році Й. Ридберг запропонував записувати формулу в тому вигляді, який вона зберегла до сих пір :
ν = c R (1 k 2 - 1 n 2). {\ Displaystyle {\ nu} = cR \ left ({\ frac {1} {k ^ {2}}} - {\ frac {1} {n ^ {2}}} \ right).}
У 1908 році В. Рітц висловив частоту хвилі у вигляді різниці двох термів :
ν = c R k 2 - c R n 2 = T k - T n, {\ displaystyle {\ nu} = {\ frac {cR} {k ^ {2}}} - {\ frac {cR} {n ^ {2}}} = T_ {k} -T_ {n},}
запропонувавши метод, згодом названий його ім'ям .
Так запропонована Бальмером формула, що описує чотири лінії видимого спектру випромінювання водню, отримала розвиток до принципів, що дозволяють описати спектр будь-якого хімічного елемента.
Безрезультатні спроби пояснити фізичний зміст формули Бальмера тривали майже 28 років. У початку 1913 року Нільс Бор працював над тим, щоб усунути протиріччя між класичними законами фізики і запропонованої Резерфордом планетарної моделлю атома . Спектроскопіст Ханс Хансен ( sv: Hans Marius Hansen ) Порадив Бору звернути увагу на спектральні формули. Згодом Бор неодноразово говорив:
.
Цілі числа в формулі виявилися дозволеними орбітами, а спектральні лінії - наслідком квантових переходів електронів з однієї орбіти на іншу [7] .
