סדרת Balmer

אטומים ומולקולות מפגינים התנהגות מעניינת מאוד כאשר הם סופגים ומשחררים אנרגיה. האלקטרונים באטום קיימים באופן מסורתי במצב האנרגיה הנמוך ביותר שלהם, הנקרא מצב הקרקע, ומסומנים כ-n שווה לאחד. עם זאת, כאשר אטום סופג אנרגיה, האלקטרונים נעשים נרגשים ונעים לרמת אנרגיה גבוהה יותר. כאשר האלקטרונים נרגעים למצב אנרגיה נמוך יותר או למצב הקרקע, האנרגיה העודפת משתחררת כאור הנפלט.

ייתכן שאתם מכירים את מצבי האנרגיה האלה, כפי שהם מתוארים במודל בוהר, המתאר אטום כגרעין עם אלקטרונים המקיפים קונכיות או אורביטלים. קליפות אלה זהות לרמות האנרגיה ומסומנות על ידי n. אורך הגל של האור הנפלט תלוי בהפרש בין רמות האנרגיה הגבוהות והנמוכות. אור הנפלט באנרגיה גבוהה נובע מכך שאלקטרונים נרגעים מרמת אנרגיה גבוהה יותר, ואור הנפלט באנרגיה נמוכה נובע מכך שאלקטרונים נרגעים מרמת אנרגיה נמוכה יותר.

ספקטרום הפליטה הוא מדד לקרינה הנפלטת על פני טווח של אורכי גל. אצל מיני יסודות טהורים, התנהגות הפליטה מופיעה כקווים באורכי גל ספציפיים ולא כספקטרום רחב. מאחר שלאטומים שונים יש רמות אנרגיה שונות, קווים ספקטרליים אלה משתנים מיסוד ליסוד ותלויים במעברים שאלקטרונים אלה מבצעים בין מצבי אנרגיה כאשר הם מעוררים. לדוגמה, ישנן שש סדרות בעלות שם של קווים ספקטרליים עבור מימן, אחת מהן היא סדרת Balmer.

סדרת Balmer של קווים ספקטרליים מתרחשת כאשר אלקטרונים עוברים מרמת אנרגיה גבוהה מ-n = 3 בחזרה ל-n = 2. ספקטרום האור הנראה של סדרת Balmer מופיע כקווים ספקטרליים ב-410, 434, 486 ו-656 ננומטר. קו אלפא h הוא הקו האדום ב 656 ננומטר ומתרחש עקב המעבר מ n = 3 ל n = 2. קווי הציאן, הכחול והסגול מתאימים למעברי רמת האנרגיה מ-n = 4, 5 ו-6, בהתאמה, בחזרה ל-n = 2. קווים ספקטרליים נוספים ניתנים למדידה מחוץ לטווח הנראה לעין.

יוהאן באלמר כימת את הקווים הגלויים באמצעות נוסחת באלמר. כאן, למדא הוא אורך הגל הנצפה, c הוא קבוע, n היא רמת האנרגיה הנמוכה יותר של שתיים, ו-m היא רמת האנרגיה הגבוהה יותר. השילוב של משוואת באלמר ומודל בוהר נותן לנו את משוואת רידברג, המתארת את הקווים הספקטרליים של אלמנטים רבים ושונים. במשוואה זו, למדא הוא אורך הגל המוקלט, ו-R_H הוא קבוע רידברג. הרמות ההתחלתיות המסומנות על ידי n-initial מייצגות את רמת האנרגיה הגבוהה יותר שהאלקטרונים מעוררים אליה, ו-n סופית היא רמת האנרגיה הנמוכה יותר שהאלקטרונים נרגעים אליה בחזרה. עבור סדרת Balmer, n_final = 2.

במעבדה זו תמדוד ותצפה בספקטרום הפליטה של מימן, הליום וניאון ותשתמש במשוואת רידברג כדי לקבוע את מיקום הקווים הספקטרליים.