Seria Balmer

Atomy i cząsteczki wykazują bardzo interesujące zachowanie, gdy pochłaniają i uwalniają energię. Elektrony w atomie tradycyjnie istnieją w swoim najniższym stanie energetycznym, zwanym stanem podstawowym i oznaczonym jako n równe jeden. Jednak gdy atom pochłania energię, elektrony zostają wzbudzone i przenoszą się na wyższy poziom energetyczny. Kiedy elektrony rozluźniają się do niższego stanu energetycznego lub do stanu podstawowego, nadmiar energii jest uwalniany w postaci emitowanego światła.

Być może jesteś zaznajomiony z tymi stanami energetycznymi, ponieważ są one przedstawione w modelu Bohra, który opisuje atom jako jądro z orbitującymi elektronami w powłokach lub orbitalach. Te powłoki są takie same jak poziomy energii i są oznaczone przez n. Długość fali emitowanego światła zależy od różnicy między wysokim i niskim poziomem energii. Światło emitowane o wysokiej energii wynika ze zrelaksowania się elektronów z wyższego poziomu energetycznego, a światło emitowane o niskiej energii wynika ze zrelaksowania elektronów z niższego poziomu energetycznego.

Widmo emisyjne jest miarą emitowanego promieniowania w zakresie długości fal. W przypadku czystych gatunków pierwiastkowych zachowanie emisyjne pojawia się jako linie o określonych długościach fal, a nie w szerokim spektrum. Ponieważ różne atomy mają różne poziomy energii, te linie widmowe różnią się w zależności od pierwiastka i zależą od przejść, jakie te elektrony tworzą między stanami energetycznymi po wzbudzeniu. Na przykład istnieje sześć nazwanych serii linii widmowych dla wodoru, z których jedną jest seria Balmera.

Seria linii widmowych Balmera występuje, gdy elektrony przechodzą z poziomu energii wyższego niż n = 3 z powrotem w dół do n = 2. Widmo światła widzialnego dla serii Balmer pojawia się jako linie widmowe przy 410, 434, 486 i 656 nm. Linia h alfa jest czerwoną linią o długości fali 656 nm i występuje w wyniku przejścia od n = 3 do n = 2. Niebieskozielone, niebieskie i fioletowe linie odpowiadają przejściom poziomu energii odpowiednio od n = 4, 5 i 6 z powrotem w dół do n = 2. Dodatkowe linie widmowe mogą być mierzone poza zakresem widzialnym.

Johann Balmer określił ilościowo widoczne linie za pomocą formuły Balmera. Tutaj lambda jest obserwowaną długością fali, c jest stałą, n jest niższym poziomem energii dwójki, a m jest wyższym poziomem energii. Połączenie równania Balmera i modelu Bohra daje nam równanie Rydberga, które opisuje linie widmowe wielu różnych pierwiastków. W tym równaniu lambda jest zarejestrowaną długością fali, a R_H jest stałą Rydberga. Początkowe poziomy oznaczone n-początkiem reprezentują wyższy poziom energii, do którego wzbudzają się elektrony, a n końcowy to niższy poziom energetyczny, do którego elektrony się rozluźniają. Dla serii Balmera n_końcowe = 2.

W tym laboratorium będziesz mierzyć i obserwować widma emisyjne wodoru, helu i neonu oraz używać równania Rydberga do określenia położenia linii widmowych.