Serie Balmer

Gli atomi e le molecole mostrano un comportamento molto interessante quando assorbono e rilasciano energia. Gli elettroni in un atomo esistono tradizionalmente al loro stato energetico più basso, chiamato stato fondamentale, ed etichettati come n uguale a uno. Tuttavia, quando un atomo assorbe energia, gli elettroni si eccitano e si spostano a un livello di energia più elevato. Quando gli elettroni si rilassano fino a uno stato di energia inferiore o allo stato fondamentale, l'energia in eccesso viene rilasciata sotto forma di luce emessa.

Potresti avere familiarità con questi stati energetici, poiché sono raffigurati nel modello di Bohr, che descrive un atomo come un nucleo con elettroni orbitanti in gusci o orbitali. Questi gusci sono gli stessi dei livelli di energia e sono etichettati con n. La lunghezza d'onda della luce emessa dipende dalla differenza tra i livelli di energia alta e bassa. La luce ad alta energia emessa deriva dal rilassamento degli elettroni da un livello di energia più elevato e la luce a bassa emissione di energia deriva dal rilassamento degli elettroni da un livello di energia inferiore.

Lo spettro di emissione è una misura della radiazione emessa in una gamma di lunghezze d'onda. Con le specie elementari pure, il comportamento di emissione appare come linee di lunghezze d'onda specifiche piuttosto che come un ampio spettro. Poiché atomi diversi hanno livelli di energia diversi, queste linee spettrali variano da elemento a elemento e dipendono dalle transizioni che quegli elettroni compiono tra gli stati di energia quando sono eccitati. Ad esempio, ci sono sei serie di linee spettrali per l'idrogeno, una delle quali è la serie di Balmer.

La serie di linee spettrali di Balmer si verifica quando gli elettroni passano da un livello di energia superiore a n = 3 fino a n = 2. Lo spettro della luce visibile per la serie di Balmer appare come linee spettrali a 410, 434, 486 e 656 nm. La riga h alfa è la linea rossa a 656 nm e si verifica a causa della transizione da n= 3 a n = 2. Le linee ciano, blu e viola corrispondono alle transizioni del livello di energia da n = 4, 5 e 6, rispettivamente, fino a n = 2. Ulteriori linee spettrali possono essere misurate al di fuori dell'intervallo visibile.

Johann Balmer ha quantificato le linee visibili utilizzando la formula di Balmer. Qui, lambda è la lunghezza d'onda osservata, c è una costante, n è il livello di energia inferiore di due e m è il livello di energia più alto. La combinazione dell'equazione di Balmer e del modello di Bohr ci dà l'equazione di Rydberg, che descrive le linee spettrali di molti elementi diversi. In questa equazione, lambda è la lunghezza d'onda registrata e R_H è la costante di Rydberg. I livelli iniziali contrassegnati da n-iniziale rappresentano il livello di energia più alto a cui gli elettroni eccitano e n finale è il livello di energia più basso a cui gli elettroni si rilassano. Per la serie di Balmer, n_finale = 2.

In questo laboratorio, misurerai e osserverai gli spettri di emissione di idrogeno, elio e neon e utilizzerai l'equazione di Rydberg per determinare la posizione delle linee spettrali.