エネルギー準位と水素スペクトル

水素発光スペクトルの起源:

• 水素放出スペクトルは (比較的) 単純な式で表すことができます。各行の計算には単純な整数を使用できます。高電圧が化学反応を引き起こし、発光します。
• 水素の電子は、励起されていないときに原子核に最も近い最初のエネルギー準位にあります。電子は、供給されるエネルギーの量に応じて、原子の上または外に輸送されます。放電管の高電圧がそのエネルギーを供給します。水素分子から放出された電子は分割され、より高いエネルギー レベルに昇格します。これが、原子水素放出スペクトルがそれにちなんで名付けられた理由です。
• 例として、電子が 3 番目のエネルギー レベルに刺激されたとします。高度が下がると、再びエネルギーが失われます。これを実現するための 2 つのオプションがあります。または、2 番目のレベルに戻ってから 2 回目のジャンプを行い、最初のレベルに戻ることもあります。

特定の電子ジャンプを特定のスペクトル線に割り当てる:

電子が 3 準位から 2 準位に落ちるときに失うエネルギーの量は、これら 2 つの準位間のエネルギーの差に等しくなります。電子がエネルギーを失うと、光を放出します (この「光」には、可視光線だけでなく、UV と IR も含まれます)。以下の式は、光の各周波数が特定のエネルギーにどのように関連しているかを説明しています。

E =hv

ここで、h はプランク定数、v は放射の周波数です。

• 光のエネルギーは、その周波数に正比例して上昇します。電子が第 3 準位から第 2 準位に落ちると、赤い光が生成されます。
• これが、水素スペクトルの赤い線の由来です。
• 赤色光のエネルギーは、その周波数によって決定できます。水素原子の 3 準位と 2 準位の間のエネルギー ギャップは、まったく同じでなければなりません。

その結果、スペクトルの最高周波数ラインは、考えられるエネルギーの最大の低下によって生成されます。無限から 1 への落下は最も急勾配です。

水素スペクトルの波長:

• 光子吸収により、電子はより高いエネルギー準位に遷移します。たとえば、水素の n =1 または 2 です。
• たとえば、水素中の電子が光子を放出すると、電子は高エネルギー準位から低エネルギー準位に遷移します (n =3 から n =2)。
• 光は、あるレベルから別のレベルへの下降によって伝達されます。量子化されたこれらのエネルギー レベルは、これらの変動を反映する光の波長を作成する役割を果たします。
• たとえば、遷移 n =3 n =2 は 656 nm の線で示されます。

水素放出スペクトル:

バルマーが 1885 年に実験結果に基づいてスペクトル線とエネルギー シェルの波数を相関させる方程式を提案したとき、彼は水素放出に関する私たちの理解に革命をもたらしました。式は次のとおりです:

バルマー系列は水素発光スペクトルの一種です。電磁スペクトルでは、これは見ることができる唯一の線のセットです。 109,677 cm-1 の値は、水素のリュードベリ定数です。バルマー系列として知られる水素放出スペクトルの成分は、第 2 殻以外の殻の電子の励起に関与しています。他のトランジションのシリーズ名も同様です。以下はその一部のリストです。

• あるシェルから別のシェルへの移行:ライマン シリーズ
• 第 2 シェルから別のシェルへの移行:バルマー シリーズ
• 第 3 シェルから別のシェルへの移行:パッシェン シリーズ、
• 第 4 シェルから別のシェルへの移行:ブラケット シリーズ
• 第 5 シェルから別のシェルへの移行:Pfund シリーズ。

ある軌道から別の軌道への電子の移動による水素スペクトル線放射の波数の推定のために、スウェーデンの科学者 Johannes Rydberg は一般式を作成しました。以下は、水素放出スペクトルを計算するための一般式です:

どこで、

• n1 =1、2、3、4、…
• n2 =n1 +1

水素リュードベリ定数の値は 109,677 cm-1 です。

結論:

この学習から得られた重要なポイントは次のとおりです。

• 原子の量子化された電気構造の証拠は、水素スペクトルで見つけることができます。
• ガス状の水素分子に放電が適用されると、分子の水素原子が解離します。
• その結果、エネルギー的に励起された水素原子が電磁放射を放出します。水素放出スペクトルは、さまざまな周波数で構成されています。これらの一連の放射線を発見した科学者が名前を付けました。