Закономерности атомных спектров

Изолированные атомы в виде разреженного газа или паров металла испускают спектр, состоящий из отдельных спектральных линий. В соответствии с этим спектр испускания атомов называется линейчатым. На рис. 1. показана часть спектра испускания атомов водорода в видимой и близкой ультрафиолетовой области. Аналогичный характер имеют и спектры других атомов. Линии в спектрах атомов объединяются в группы или, как их называют, серии линий. Символами Н_a, Н_b, Н_g, Н_d обозначены видимые линии, Н_µ называется границей серии. Очевидно, что линии располагаются в определенном порядке. Бальмер установил, что длины волн показанной серии могут быть точно описаны формулой:

l = l₀n²/(n² – 4), (1)

l₀ – константа, n – целое число, принимающее значения 3, 4, 5, …

Рис. 1.

В спектроскопии обычно пользуются величиной v ¢ = 1/l = v /c, которую называют волновым числом (не путать с k = 2p/l = v /2pc). Тогда из (1) получится:

v ¢ = 1/l = (n = 3, 4, 5, …), (2)

где R = 4/l₀ – постоянная Ридберга, равная 109737,309±0,012 см^-1.

Пользуясь обычными обозначениями (2) можно записать:

w = R (n = 3, 4. 5, …). (3)

Формулы (2), (3) называются формулой Бальмера, а соответствующая ей серия линий – серией Бальмера. Она находится в видимой области.

В ультрафиолетовой области находится серия Лаймана, остальные серии находятся в ИК области спектра. Все они описываются уравнениями, аналогичными (3):

серия Лаймана w = R (n = 2, 3, 4., …),

серия Пашена w = R (n = 4. 5, 6, …),

серия Брэкета w = R (n = 5, 6, 7, …),

серия Пфуда w = R (n = 6, 7, 8, …).

Частоту любой линии можно представить обобщенной формулой Бальмера:

w = R , (4)

где m принимает значение 1 для серии Лаймана, 2 для серии Бальмера и т. д., а n – все целочисленные значения, начиная с m + 1.