Serie Balmer

La serie de Balmer es una de las series espectrales del átomo de hidrógeno , observada para las transiciones entre el segundo nivel de energía (primer excitado) del átomo y los niveles superiores [1] . En contraste con la serie Lyman ultravioleta asociada con las transiciones al nivel del suelo, las primeras cuatro líneas de la serie Balmer se encuentran en la región visible del espectro.

Nombrado en honor al matemático suizo Johann Balmer , quien describió esta serie en 1885 con una fórmula (ver la fórmula de Balmer a continuación ).

Formación de la serie Balmer

La serie fue detectada en el espectro del Sol [2] . Debido al predominio del hidrógeno en el Universo , la serie de Balmer se observa en los espectros de la mayoría de los objetos espaciales.

Esta serie se forma durante las transiciones de electrones desde niveles de energía excitados con el número cuántico principal n >2 al segundo nivel ( n = 2) en el espectro de emisión y desde el segundo nivel a todos los niveles superiores durante la absorción .

La transición del tercer nivel de energía al segundo se denota con la letra griega α , del 4º al 2º - β , etc. La letra latina H se usa para designar la serie en sí. Por lo tanto, la designación completa de la línea espectral eso ocurre cuando un electrón pasa del tercer nivel al segundo - H α (pronunciado Balmer-alfa ).

Fórmula de Balmer

Para describir las longitudes de onda λ de las cuatro líneas visibles del espectro del hidrógeno, I. Balmer propuso la fórmula:

\lambda =b{\frac {n^{2}}{n^{2}-2^{2}}},

donde n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å .

Actualmente, se utiliza un caso especial de la fórmula de Rydberg para la serie de Balmer :

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

donde λ es la longitud de onda, R ≈ 109737.3157 cm −1 es la constante de Rydberg , n - el número cuántico principal del nivel inicial - un número natural mayor o igual a 3.

Las primeras 4 líneas de la serie están en el rango visible , el resto están en el rango ultravioleta :

Designacion	Ha _	Hβ_ _	Hγ _	H δ	Hε_ _	H ζ	H _	borde de la serie
norte	3	cuatro	5	6	7	ocho	9	∞
Longitud de onda, nanómetro	656.3	486.1	434.1	410.2	397.0	388.9	383.5	364.6

El límite de la serie corresponde a la captura de un electrón libre con energía inicial cero por parte de un protón al segundo nivel (es decir, el primero excitado). Más allá del borde, hacia longitudes de onda más cortas, se extiende el continuo de Balmer: una parte continua (no lineal) del espectro que corresponde a la captura de un electrón libre con una energía inicial positiva arbitraria por parte del protón al segundo nivel del átomo de hidrógeno.

Además de la serie de Balmer, existen series de líneas de emisión que se encuentran íntegramente (a excepción del continuo de la serie) en la región infrarroja del espectro ( serie Paschen , Bracket , Pfund , etc., correspondientes a transiciones a la 3º, 4º, 5º... niveles de energía), así como la serie de Lyman que se encuentra enteramente en la región ultravioleta , correspondiente a las transiciones al nivel fundamental del átomo de hidrógeno.

La historia de la creación de la fórmula Balmer y su significado

Johann Balmer no era un espectrógrafo . Su mérito radica en el hecho de que describió el espectro de átomos de hidrógeno conocido en ese momento mediante una fórmula simple:

{\lambda}=b{\frac{n^{2}}{n^{2}-2^{2}}},

donde n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å (conocida como constante de Balmer ).

Siendo un seguidor acérrimo de los pitagóricos , Balmer creía que el secreto de la unidad de todos los fenómenos observados debía buscarse en varias combinaciones de números enteros [3] . Hay una versión según la cual Balmer una vez se jactó de que podía encontrar una fórmula para la secuencia de cuatro números cualesquiera, y su amigo Eduard Hagenbach-Bischoff le dio las longitudes de onda de las líneas roja, verde, azul y violeta del espectro del hidrógeno en un reto [4] [5] . Balmer no solo describió las longitudes de onda de las cuatro líneas de hidrógeno conocidas, sino que también predijo la existencia de una quinta línea (en n = 7) con una longitud de onda de 397 nm , en la región cercana al ultravioleta, que fue observada por Angstrom , y más distante. líneas de la serie, que fueron descubiertas por G. Vogel y W. Huggins en el espectro de las estrellas blancas.

En 1886, K. Runge sugirió utilizar en la fórmula de Balmer en lugar de la longitud de onda λ su frecuencia ν = c / λ :

{\nu }={\frac {4c}{b}}\left({\frac {1}{k^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}} \Correcto),

donde c es la velocidad de la luz ; k = 2; n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å.

En 1890, J. Rydberg sugirió escribir la fórmula en la forma que ha conservado hasta ahora :

{\nu}=cR\left({\frac {1}{k^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}}\right).

En 1908, W. Ritz expresó la frecuencia de onda como la diferencia entre dos términos :

{\nu}={\frac {cR}{k^{2}}}-{\frac {cR}{n^{2}}}=T_{k}-T_{n},

al proponer un método que más tarde lleva su nombre .

Así, la fórmula propuesta por Balmer, que describe las cuatro líneas del espectro de emisión visible del hidrógeno, se ha desarrollado con principios que permiten describir el espectro de cualquier elemento químico.

Los intentos fallidos de explicar el significado físico de la fórmula de Balmer continuaron durante casi 28 años. A principios de 1913, Niels Bohr trabajó para resolver las contradicciones entre las leyes clásicas de la física y el modelo planetario del átomo propuesto por Rutherford . El espectroscopista Hans Hansen ( sv:Hans Marius Hansen ) aconsejó a Bohr que prestara atención a las fórmulas espectrales. Bohr dijo posteriormente:

Tan pronto como vi la fórmula de Balmer, todo se aclaró inmediatamente ante mí [4] [6] .

Los números enteros en la fórmula resultaron ser órbitas permitidas, y las líneas espectrales son el resultado de transiciones cuánticas de electrones de una órbita a otra [7] .

Notas

↑ " Enciclopedia física ", volumen 1, artículo "Serie Balmer"
↑ Ver artículo Línea Fraunhofer .
↑ L. Ponomarev. Beyond the Quantum / Moscú // Guardia Joven, 1971, p. 304.
↑ 1 2 Danin D.S. Mundo probabilístico. — M.: Conocimiento. - 1981. - S. 78 , 79 , 77
↑ WF Magie. Un libro de consulta en física (neopr.) . - Cambridge, Mass: Harvard University Press , 1969. - Pág. 360.
↑ D. S. Danin. "Niels Bohr" (enlace inaccesible) // "Guardia Joven", 1978
↑ Ver el artículo " Modelo de Bohr del átomo ".

Véase también

Enlaces

Espectro de hidrógeno (animación)
Eisberg y Resnick. Física cuántica. — John Wiley e Hijos. — 1985.

diccionarios y enciclopedias	Gran catalán gran ruso Britannica (en línea) Britannica (en línea)

Serie espectral de hidrógeno
serie lyman Serie Balmer Serie Paschen Serie de corchetes Serie Pfund serie humphrey Serie Hansen-Strong Anteriormente atribuido al hidrógeno Serie Cazador serie pickering