Физика

за сваког по нешто

Дискретни спектар водониковог атома

Преузми Word документ

Крајем 19. века накупило се довољно експерименталних података, који су указивали на сложену грађу атома. Молекулско-кинетичка теорија је предвидела да су димензије атома реда величине 10-10m. Потврђено је да електронеутрални атоми садрже негативне и позитивне делове. Утврђено је да атом, као систем са наелектрисаним деловима, емитује светлост и топлотно зрачење.

Примећено је да под одређеним условима (у побуђеном стању) изоловани атоми, у разређеном гасу и парама метала, емитују спектар који се састоји од већег броја дискретних и раздвојених спектралних линија (линијски спектар). Проучавање ових атомских спектара послужило да се упозна структура атома. Утврђено је је да линијски спектри атома показују карактеристике елемената који их емитују. Линијска структура атомских спектара, омогућила је да се тачно врше анализе хемијских елемената и одређују вредности таласних дужина (фреквенција) које одговарају појединим линијама њихових спектара.

Примећено је да се ове линије не јављају без реда, већ да су груписане и образују серије линија.

То се најлакше запажа код најједноставнијег атома – атома водоника. Примећено је да водоников спектар садржи већи број група линија – више серија.

Једна од серија у спектру атома водоника:

На једном крају спектралне линије су јасно раздвојене, а на другом крају се згушњавају и завршавају на таласној дужини која представља границу серије. Линија која се налази на највећој таласној дужини представља почетну линију, а у индексу ознаке је грчко слово \alpha. Затим, према краћим таласним дужинама, следе остале линије са индексима \beta, \gamma

Швајцарски физичар Балмер је установио (1885.) да таласне дужине било које линије у спектру атома водоника могу да се одреде по формули:

\lambda = \lambda_{0}\frac{n^{2}}{n^{2}-2}

где је:

n = 3, 4, 5 ….

 \lambda_{0}\approx365nm – константа чија је вредност одређена експериментално (ултраљубичаста граница серије)

Ова формула може да се напише и у следећем облику:

 \frac{1}{\lambda}=R(\frac{1}{2^{2}}-\frac{1}{n^{2}})

где је: R\approx 1,1\cdot 10^{7}\frac{1}{m}  Ридбергова константа.

Серија спектралних линија атома водоника, која се добија на основу Балмерове формуле, назива се Балмерова серија. Спектралне линије ове серије налазе се скоро све у видљивом делу спектра.

Даљим испитивањима спектра водониковог атома утврђено је да постоји још неколико серија, у ултраљубичастом и инфрацрвеном подручју.

Назив серије Формула Подручје – област спектра
Лајманова (1916.)  \frac{1}{\lambda}=R(\frac{1}{1^{2}}-\frac{1}{n^{2}}), n = 2, 3, 4 …. ултраљубичасти део спектра
Балмерова (1885.)  \frac{1}{\lambda}=R(\frac{1}{2^{2}}-\frac{1}{n^{2}}), n = 3, 4, 5 …. видљиви и

ултраљубичасти део спектра

Пашенова (1909.)  \frac{1}{\lambda}=R(\frac{1}{3^{2}}-\frac{1}{n^{2}}), n = 4, 5, 6 ….  инфрацрвени део спектра
Брекетова (1922.)  \frac{1}{\lambda}=R(\frac{1}{4^{2}}-\frac{1}{n^{2}}), n =5, 6, 7 ….  инфрацрвени део спектра
Пфундова (1924.)  \frac{1}{\lambda}=R(\frac{1}{5^{2}}-\frac{1}{n^{2}}), n = 6, 7, 8 ….  инфрацрвени део спектра
Хемфријева серија (1953.)  \frac{1}{\lambda}=R(\frac{1}{6^{2}}-\frac{1}{n^{2}}), n = 7, 8, 9 ….  инфрацрвени део спектра

Швајцарски научник Риц је теоријски показао да Балмерова формула може да се напише у општем облику (за одређивање таласних дужина појединих линија у свим серијама водониковог спектра):

 \frac{1}{\lambda}=R(\frac{1}{m^{2}}-\frac{1}{n^{2}})

где је: n= m+1, m+2, m+3,  ….

Граничне вредности таласних дужина добијају се за  n\rightarrow \infty.

 \lambda=\frac{m^{2}}{R}

До ових сазнања научници су дошли експерименталним путем (Емпријски – подешавањем до вредности које најбоље одговарају експерименталним резултатима.). Теоријско објашњење је дао Нилс Бор.

 

 

 

Модели атома