エネルギー準位と水素スペクトル

水素原子のスペクトルについて議論する前に、その定義を教えてください。したがって、原子の電子がエネルギーを吸収して励起状態になることがわかります。それらは、より低いエネルギーレベルからより高いエネルギーレベルにジャンプします。それらが元の状態に戻るとき、それらは放射線を放出します。このプロセスは、水素原子の場合にも発生します。したがって、水素原子を介した発光スペクトルの現象は、水素原子のスペクトルまたは水素発光スペクトルと呼ぶことができます。

1800 年代にさかのぼる初期の時代では、ガスの励起が光を放出し、それは回折グラフトを通して見られました。彼らは、連続的ではなく、特定の波長を持つ個々の線を持つスペクトルを観察していました。光を発する元素は特定の波長を持ち、特徴的な化学元素を持っていることが実験で明らかになりました。これは、原子の内部部分に由来する原子指紋に変わりました。

水素発光スペクトル

一般に、化学元素または化合物の放射スペクトルは、電磁放射の周波数のスペクトルです。これらの電磁放射は、原子の電子がより低いエネルギー状態に戻るときに放出されます。すべての元素には異なる発光スペクトルがあり、固有のものです。したがって、未知の組成の物質に存在する元素を特定するには、分光器を使用することをお勧めします。

また、分子の発光スペクトルを利用して物質を化学的に分析することもできます。水素スペクトルは、量子化された電子構造を証明するのに役立ちます。水素スペクトル図は複雑で、人間の目に見える 3 本の線で構成されています。スペクトルの紫外領域と赤外領域でも、両方の線のパターンを見つけることができます。これらは、それらを発見したものにちなんで名付けられたさまざまな「シリーズ」の行に分類されます。

この水素原子の発光スペクトルは、Rydberg の式を使用して、波長を使用していくつかのスペクトル系列に分割できます。

1vac=RZ2(1n12 –1n22)

ここで、r はリュードベリ定数で、その値は 1.09737×107 m-1 です。

vac は、真空中で放出される光の波長を表します。

Z は原子番号を表し、n1 と n2 は n1

水素原子のスペクトル系列:

水素のスペクトル線は、「n」までの系列にグループ化され、系列の最長波長/最低周波数から始まる名前が付けられます。

ライン 2-1 はライマン アルファ シリーズです

ライン 7-3 はパッシェン - デルタ系列です

ライマン シリーズ:

通常、ライマン級数は、量子数 n>1 の外軌道から n=1 の第 1 軌道への電子遷移によって放出される線で構成されます。このシリーズは、発見者であるセオドア・ライマンの名前にちなんで名付けられました。彼は 1906 年から 1914 年にかけてこれらの線を発見しました。これらのライマン シリーズに関連する波長は紫外帯域内にあります。

バルマー シリーズ:

バルマー系列では、大きな遷移線は外側の軌道からのものであり、n=2 です。 Johann Balmer がこのシリーズを発見したので、このシリーズは彼にちなんで名付けられました。彼は経験方程式であるバルマーの公式を発見しました。この式は、バルマー級数を予測するのに役立ちます。以前、バルマー線は H-アルファ、H-ベータ、H-ガンマと名付けられました。H-アルファは重要な線であり、天文学で使用されます。H は水素を表します。最初の 4 つのラインは、400 nm 以上 700 nm 未満の波長を持っています。したがって、それらはスペクトルの目に見える部分であり、太陽系で見ることができます。

パッシェン シリーズ:

この特定のシリーズの発見者は、ドイツの科学者、フリードリッヒ・パッシェンです。彼は 1908 年にそれらを観測しました。これらのパッシェン線は赤外線帯域に属します。ブラケットシリーズとも重なります。

他にも多くのシリーズがあります。具体的には、赤外線帯域にあるブラケット シリーズ、Pfund シリーズ、Humphreys シリーズなどです。

水素スペクトルの波長:

水素原子がエネルギーを吸収し、より高いエネルギーになると、元の相に戻りながら放射線を放出します。しかし、水素原子が光子によって放出されると、電子は高いエネルギー準位から低いエネルギー準位に移動します。したがって、この遷移が発生すると、つまり、電子がより高いエネルギー準位からより低いエネルギー準位に移行すると、光が透過します。スペクトルは、原子の量子化によるこれらのエネルギー レベルの違いを反映する波長で構成されています。

バルマー系列は、水素放出スペクトルの系列と呼ばれます。このシリーズは、電磁スペクトルにのみ存在し、目に見えます。水素の場合、リュードベリ定数の値は 109677 cm-1 です。この水素放出スペクトルは、第 2 殻から他の殻への電子の励起の背後にある主な理由です。

参照用に遷移の名前を以下に示します:

• ファーストシェルから他のシェルまで - ライマンシリーズ

• セカンドシェルからその他のシェルまで～バルマーシリーズ

• サードシェルからその他のシェルまで – パッシェンシリーズ

• 4thシェルからその他のシェルまで-Brackettシリーズ

• 第5弾からその他の弾まで - Pfundシリーズ。

スウェーデンの科学者 Johannes Rydberg は、水素スペクトル線放出の波数の計算式を提案しました。

式は:

1/𝝀 =109677(1/n12–1/n22)

ここで、n1 の値は 1 から無限大までの範囲です。

そして n2=n1+1 ,n1+2 …..

1/𝝀 は電磁波の波数を表し、その値は 109677 cm-1 で一定です。

結論 :

電子遷移は計時に非常に役立つため、正確である必要があります。私たちは皆、日常生活の中でこれらの移行に依存しています。電気通信、携帯電話、GPS 信号を含むすべてが、時間の必要性です。水素のサンプルに白色光を通すと、水素はエネルギーを吸収し、次の高いエネルギー準位に励起されます。吸収スペクトルと発光スペクトルは、星の組成と星間物質の決定にも天文学者によって使用されます。

したがって、原子は特定の波長でのみ光を放出し、すべての波長の連続スペクトルではなく、線スペクトルを生成できます。水素原子のスペクトルは、特定の半径で電子の円軌道を仮定することによって Neil Bohr によって提案されました。スペクトル線は、電子が通過する遷移によってのみ形成されます。ライマン・バルマー・パッシェン級数は、科学の観点から非常に重要です。水素原子の特別な系列は、電子遷移を効果的に強調します。原子核に最も近い軌道が原子の基底状態であり、最も安定な状態です。