Tabla de Contenidos
Елемент, в който възниква електрически разряд, докато е в газообразно състояние или който образува пламък, излъчва електромагнитно лъчение под формата на светлина, независимо дали е лъчение с дължина на вълната във видимия спектър, или ултравиолетово или инфрачервено лъчение. Това лъчение е смес от няколко добре дефинирани емисии с дължина на вълната, които съставляват емисионния спектър на този елемент и всяко от тези емисии се нарича спектрални линии. Формулата на Ридберг е емпиричен математически израз, който позволява да се определи дължината на вълната на спектралните линии на даден елемент.
Яне Ридберг
Йоханес (Яне) Робърт Ридберг е роден на 8 ноември 1854 г. в Халмстад, Швеция. Учи в университета в Лунд и през 1879 г. защитава докторската си дисертация по математика, като се съгласява да стане преподавател през 1881 г., което улеснява изследователската му дейност. По същото време, когато развива своите изследвания по математика, той работи като асистент в Института по физика на университета, публикувайки първата си работа по физика за производството на електричество чрез триене.
Основната тема на интерес в ранната кариера на Ридберг беше периодичното поведение на елементите, предложено от Менделеев. По това време спектрите на радиацията, излъчвана от елемент, в който възниква електрически разряд или който образува пламък, започват да се изучават, резултати, които са започнали да се генерират с работата на RW Bunsen и GR Kirchhoff. Ридберг е убеден, че изследването на получените спектрални линии ще предостави ключова информация за работата му върху произхода на периодичността на свойствата на елементите.
Информацията, получена от спектрите, които бяха измерени, беше натрупана в обширни таблици, които не бяха синтезирани в модел, който изразява тяхното физическо поведение. Ридберг анализира тези данни и открива, че е възможно да се подредят спектралните линии на даден елемент в различни серии и във всяка серия спектралните линии са подредени в намаляващ интензитет от първата линия. Той приписва цели числа на всяка серия, пореден номер, започвайки с номер едно за линията с най-дългата дължина на вълната, номер две за следващата и т.н. Когато прави графика на дължините на вълните и порядковия номер, той забелязва, че е начертана хипербола, така че първата му формула свързва обратната стойност на дължината с обратната стойност на порядковия номер, умножена по константа, константата на Ридберг.
Тогава изразът на формулата на Ридберг беше математическо описание, което отговаряше на експерименталните данни, беше емпирична формула, но нямаше физическа интерпретация на формулата. Тази интерпретация ще бъде възможна няколко години по-късно, през 1913 г., когато Нилс Бор публикува своята теория за структурата на атомите, базирана на квантовата механика.
Емисионният спектър на елементите
Когато елемент се нагрява в пламък или се подлага на електрически разряди, неговите електрони се възбуждат и преминават към по-високи енергийни атомни нива. След това те се разпадат до предишното ниво, излъчвайки енергията, която са погълнали под формата на електромагнитно излъчване; фотон, чиято енергия е разликата на енергиите на двете нива. А енергията на фотона определя дължината на вълната на излъчваното от тях излъчване. Електроните могат да бъдат възбудени на различни атомни нива, следователно те ще излъчват радиация с различни дължини на вълната; но излъчването, свързано с всяко разпадане, ще има добре дефинирана дължина на вълната. Това е начинът, по който се генерират емисионните спектри; разпадането на всяко ниво, до което електроните могат да бъдат възбудени в атомите на даден елемент, генерира всяка спектрална линия. И, Тъй като възбудените състояния на атомите са различни за всеки елемент, емисионните спектри също ще бъдат различни; следователно емисионните спектри са характеристика на всеки елемент.
Формулата на Ридберг
Формулата на Ридберг има следния израз.
1/ λ = RZ (1/n 1 2 – 1/n 2 2 )
където λ е дължината на вълната на излъчваното лъчение (Rydberg дефинира вълновото число като 1/ λ); R е константата на Ридберг; Z е атомният номер на елемента, а n 1 и n 2 са цели числа, където n 2 > n 1 .
Енергията и позицията на електрона, обикалящ около ядрото на атома, се представят чрез вълново уравнение, решение на уравнението на Шрьодингер. Това вълново уравнение включва четири квантови числа ; n 1 и n 2 са свързани с главното квантово число n , свързано с енергията на електрона.
Ридберг измерва константата R от коригирането на неговата формула към експерименталните данни, получени от спектралните измервания. Първата стойност, която той получава с измерванията на дължините на вълните на водорода, е 109721,6 1/cm. По-късно беше наблюдавано, че стойността на R е различна за всеки елемент и беше определена константата за безкрайна ядрена маса. Последната измерена стойност на константата на Ридберг за безкрайна ядрена маса е 109737,31568549 (83) 1/cm (стойността в скоби е несигурността на измерването, приложена към последните две цифри).
Ако формулата на Rydberg се приложи към водородния атом, различни спектрални серии се получават чрез промяна на n 1 и всяка серия се развива чрез промяна на n 2 . Например, ако n 1 = 1, варирането на n 2 между 2 и безкрайност дава дължините на вълните на емисиите на спектралната серия, наречена серия на Лайман. Увеличаването на n 1 дава редовете на Балмър, Пашен, Бракет, Пфунд и Хъмфри.
Източници
Брадли У. Карол, Дейл А. Остли. Въведение в съвременната астрофизика . Второ издание, Pearson Addison-Wesley. 2007 г.
Индрек Мартинсън, Л. Дж. Къртис. Janne Rydberg – неговият живот и работа Ядрени инструменти и методи във физичните изследвания B 235 (2005) 17–22.
