Lyman-serien - Lyman series

I fysikk og kjemi , det Lyman serien er et hydrogen spektral rekke overganger og resulterende ultrafiolette emisjonslinjer i den hydrogenatom som et elektron går fra n  ≥ 2 til n  = 1 (hvor n er den hovedkvantetallet ), den laveste energinivå av elektronet. Overgangene heter sekvensielt med greske bokstaver : fra n  = 2 til n  = 1 kalles Lyman-alfa , 3 til 1 er Lyman-beta, 4 til 1 er Lyman-gamma, og så videre. Serien er oppkalt etter oppdageren, Theodore Lyman . Jo større forskjellen i de viktigste kvantetallene er, desto høyere er energien til det elektromagnetiske utslippet.

Historie

Den første linjen i spektrumet av Lyman-serien ble oppdaget i 1906 av Harvard-fysikeren Theodore Lyman , som studerte det ultrafiolette spekteret av elektrisk eksitert hydrogengass. Resten av linjene i spekteret (alt i ultrafiolett) ble oppdaget av Lyman fra 1906-1914. Spekteret av stråling som sendes ut av hydrogen er ikke kontinuerlig eller diskret. Her er en illustrasjon av den første serien av hydrogenutslippslinjer:

Lyman-serien

Historisk var å forklare naturen til hydrogenspektret et betydelig problem i fysikken . Ingen kunne forutsi bølgelengdene til hydrogenlinjene før 1885 da Balmer-formelen ga en empirisk formel for det synlige hydrogenspekteret. I løpet av fem år kom Johannes Rydberg med en empirisk formel som løste problemet, presentert først i 1888 og i endelig form i 1890. Rydberg klarte å finne en formel som samsvarer med de kjente utslippslinjene i Balmer-serien , og spådde også de som ennå ikke ble oppdaget. Ulike versjoner av Rydberg-formelen med forskjellige enkle tall ble funnet å generere forskjellige linjeserier.

1. desember 2011 ble det kunngjort at Voyager 1 oppdaget den første Lyman-alfa-strålingen som stammer fra Melkeveis- galaksen. Lyman-alfa-stråling hadde tidligere blitt oppdaget fra andre galakser, men på grunn av forstyrrelser fra solen var ikke strålingen fra Melkeveien detekterbar.

Lyman-serien

Versjonen av Rydberg-formelen som genererte Lyman-serien var:


Der n er et naturlig tall som er større enn eller lik 2 (dvs. n = 2, 3, 4,… ).

Derfor er linjene sett på bildet over bølgelengdene som tilsvarer n  = 2 til høyre, til n  = ∞ til venstre. Det er uendelig mange spektrallinjer, men de blir veldig tette når de nærmer seg n  = ∞ ( Lyman-grensen ), så bare noen av de første linjene og den siste vises.

De bølgelengder i Lyman-serien er alle ultrafiolett:

n 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ∞, Lyman-grensen
Bølgelengde ( nm ) 121,56701 102,57220 97.253650 94.974287 93.780331 93.0748142 92.6225605 92.3150275 92.0963006 91,9351334 91.1753

Forklaring og avledning

I 1914, da Niels Bohr produserte sin Bohr-modellteori , ble årsaken til at hydrogenspektrallinjer passet til Rydbergs formel, forklart. Bohr fant at elektronet bundet til hydrogenatomet må ha kvantiserte energinivåer beskrevet med følgende formel,

Ifølge Bohr tredje antagelse, når et elektron faller fra en første energinivå E jeg til et endelig energinivå E f , må det atom sender ut stråling med en bølgelengde av

Det er også en mer behagelig notasjon når det gjelder energi i enheter av elektronvolter og bølgelengder i enheter av angstrøm ,

EN.

Å erstatte energien i formelen ovenfor med uttrykket for energien i hydrogenatomet der den opprinnelige energien tilsvarer energinivå n og den endelige energien tilsvarer energinivået m ,

Hvor R H er den samme Rydberg konstanten for hydrogen fra Rydberg lange kjent beregningsformel. Dette betyr også at det omvendte av Rydberg-konstanten er lik Lyman-grensen.

For forbindelsen mellom Bohr, Rydberg og Lyman, må man erstatte m med 1 for å oppnå

som er Rydbergs formel for Lyman-serien. Derfor tilsvarer hver bølgelengde av utslippslinjene et elektron som faller fra et bestemt energinivå (større enn 1) til det første energinivået.

Se også

Referanser