Série Balmer

Átomos e moléculas exibem um comportamento muito interessante quando absorvem e liberam energia. Os elétrons em um átomo tradicionalmente existem em seu estado de energia mais baixo, chamado de estado fundamental, e rotulados como n igual a um. No entanto, quando um átomo absorve energia, os elétrons ficam excitados e se movem para um nível de energia mais alto. Quando os elétrons relaxam para um estado de energia mais baixo ou para o estado fundamental, o excesso de energia é liberado como luz emitida.

Você pode estar familiarizado com esses estados de energia, pois eles são descritos no Modelo de Bohr, que descreve um átomo como um núcleo com elétrons em órbita em camadas ou orbitais. Essas conchas são iguais aos níveis de energia e são rotuladas por n. O comprimento de onda da luz emitida depende da diferença entre os níveis de energia altos e baixos. A luz emitida de alta energia resulta do relaxamento dos elétrons de um nível de energia mais alto, e a luz emitida de baixa energia resulta do relaxamento dos elétrons de um nível de energia mais baixo.

O espectro de emissão é uma medida da radiação emitida em uma faixa de comprimentos de onda. Com espécies elementares puras, o comportamento de emissão aparece como linhas de comprimentos de onda específicos, em vez de um amplo espectro. Como átomos diferentes têm níveis de energia diferentes, essas linhas espectrais variam de elemento para elemento e dependem das transições que esses elétrons fazem entre os estados de energia quando excitados. Por exemplo, existem seis séries nomeadas de linhas espectrais para hidrogênio, uma das quais é a Série Balmer.

A série de linhas espectrais de Balmer ocorre quando os elétrons fazem a transição de um nível de energia superior a n = 3 de volta para n = 2. O espectro de luz visível para a série Balmer aparece como linhas espectrais em 410, 434, 486 e 656 nm. A linha h alfa é a linha vermelha a 656 nm e ocorre devido à transição de n = 3 para n = 2. As linhas ciano, azul e violeta correspondem às transições de nível de energia de n = 4, 5 e 6, respectivamente, de volta para n = 2. Linhas espectrais adicionais podem ser medidas fora da faixa visível.

Johann Balmer quantificou as linhas visíveis usando a fórmula de Balmer. Aqui, lambda é o comprimento de onda observado, c é uma constante, n é o nível de energia mais baixo de dois e m é o nível de energia mais alto. A combinação da equação de Balmer e do Modelo de Bohr nos dá a equação de Rydberg, que descreve as linhas espectrais de muitos elementos diferentes. Nesta equação, lambda é o comprimento de onda registrado e R_H é a constante de Rydberg. Os níveis iniciais marcados por n-inicial representam o nível de energia mais alto para o qual os elétrons se excitam e n final é o nível de energia mais baixo para o qual os elétrons relaxam de volta. Para a série de Balmer, n_final = 2.

Neste laboratório, você medirá e observará os espectros de emissão de hidrogênio, hélio e neônio e usará a Equação de Rydberg para determinar a localização das linhas espectrais.