Определяне на константата на Ридберг

Водородният атом е най-простият атом, състоящ се от протон, в кулоновското поле на който се движи един електрон. Следователно, първите изследвания, свързани с изграждането на атомен модел, бяха посветени на водородния атом и по-специално на изследването на неговите спектри.

Още през 19 век беше забелязано, че водородният спектър може да бъде представен като няколко серии, разположени в различни спектрални области, но въпреки това с подобна структура (Фиг. 10).

Всяка оптична серия се състои от поредица от линии, разстоянието между които при придвижване към къси вълни и завършва с граница, съответстваща на линията с минимум

дължина на вълната. Яркостта на линиите от една серия намалява с намаляването на дължината на вълната. Горните свойства са типични за всички серии.

Швейцарският учен Йохан Балмер изучава поредица, четири линии от която лежат във видимата част на спектъра (а останалите - във ултравиолетовите лъчи). Емпирично той намери формула, която позволява да се изчисли дължината на вълната на която и да е линия от тази поредица, като се заменят цели числа в нея

(един)

Където P= 3.4.5. Тази поредица беше наречена Серия Балмер.

Последната формула беше леко модифицирана от шведския спектроскопист Йоханес Ридберг, който я записа по отношение на вълновите числа = 1/λ

(2)

където R = 4/B - константа на Ридберг.

Оказа се, че всички останали сериали могат да бъдат описани по подобен начин.формули, различни в стойностите на първия член в скоби:

(3)

къде са числата т= 1,2,3,4,5 определя името на поредицата (t =1 - серия Лайман т= 2 - серия Балмера, т= 3 - серия Пашен, т= 4 - серия Скоба, т= 4 - серия Pfund), P=t + 1, t + 2.

Риц въведе концепцията за спектрален термин т(т)

R/m 2 и формулира принципа, кръстен на него, според който вълновото число на която и да е спектрална линия на водорода може да бъде представено като комбинация от някои два термина

(4)

Датският физик Нилс Бор, анализирайки спектрите на различни атоми, формулира постулати, според които: 1) атомите могат да бъдат само в определени (дискретни) енергийни състояния, в които те не абсорбират или излъчват енергия, и 2) излъчване и поглъщане на светлина от атом може да възникне само при скок по време на прехода от едно състояние в друго, докато квант светлина с енергия се излъчва (или абсорбира) E = hν, освен това

Където En, Em - някои дискретни стойности на атомната енергия.

излъчва (или абсорбира) квант светлина с енергия E = hν, освен това

Където En, Em - някои дискретни стойности на атомната енергия.

Сравнявайки (6) с (4), получаваме

(7)

Формула (7) ви позволява да изчислите енергията на всяко енергийно състояние на водорода от известните стойности R, h, s и номер на ниво P . Удобно е да се илюстрира целият набор от представените данни с помощта на енергийна диаграма, наречена диаграма на Гротриан (фиг. 11). Стрелките показват преходите, съответстващи наразлични серии водороден атом.

В тази работа ние използваме спектрален апарат, за да определим дължините на вълните на три линии от серията Balmer, лежащи във видимата част на спектъра. Тези три линии - червена, зелена и виолетова се появяват поради преходите на електрона от състоянието с

P= 3,4,5 на ниво c P= 2. След като определите дължините на вълните на тези линии, можете да изчислите константата на Ридберг, използвайки формула (2):

(8)