Tabla de Contenidos
Et grundstof, hvor der opstår en elektrisk udladning, mens den er i gasform, eller som danner en flamme, udsender elektromagnetisk stråling i form af lys, hvad enten det er stråling med bølgelængde i det synlige spektrum, eller ultraviolet eller infrarød stråling. Denne stråling er blandingen af flere veldefinerede bølgelængdeemissioner, der udgør emissionsspektret for dette element, og hver af disse emissioner kaldes spektrallinjer. Rydberg-formlen er et empirisk matematisk udtryk, der gør det muligt at bestemme bølgelængden af et grundstofs spektrallinjer.
Janne Rydberg
Johannes (Janne) Robert Rydberg blev født den 8. november 1854 i Halmstad, Sverige. Han studerede ved universitetet i Lund og forsvarede i 1879 sin doktorafhandling i matematik, idet han i 1881 indvilligede i en lærerstilling, der lettede hans forskningsaktivitet. Samtidig med at han udviklede sine studier i matematik, arbejdede han som assistent i Institut for Fysik ved universitetet og udgav sit første værk i fysik om produktion af elektricitet ved friktion.
Hovedemnet af interesse i Rydbergs tidlige karriere var den periodiske opførsel af elementer foreslået af Mendeleev. På det tidspunkt begyndte man at studere spektrene for den stråling, der udsendes af et element, hvori der opstår en elektrisk udladning, eller som danner en flamme, resultater, der var begyndt at blive genereret med arbejdet fra RW Bunsen og GR Kirchhoff. Rydberg var overbevist om, at undersøgelsen af de spektrallinjer, der blev opnået, ville give nøgleoplysninger til hans arbejde om oprindelsen af periodiciteten af grundstoffernes egenskaber.
Informationen opnået fra de spektre, der blev målt, blev akkumuleret i omfattende tabeller, der ikke var syntetiseret i en model, der udtrykte deres fysiske adfærd. Rydberg analyserede disse data og opdagede, at det var muligt at ordne et elements spektrallinjer i forskellige serier, og i hver serie blev spektrallinjerne ordnet i faldende intensitet fra den første linje. Han tildelte heltal til hver serie, et ordrenummer, begyndende med nummer et for linjen med den længste bølgelængde, nummer to for den næste, og så videre. Da han lavede en graf over bølgelængderne og rækkefølgen, observerede han, at en hyperbel blev tegnet, så hans første formel associerede længdens inverse værdi med den omvendte værdi af ordenstallet ganget med en konstant, konstanten af rydberg.
Udtrykket af Rydberg-formlen var dengang en matematisk beskrivelse, der passede til de eksperimentelle data, det var en empirisk formel, men der var ingen fysisk fortolkning af formlen. Den fortolkning ville være mulig flere år senere, i 1913, da Niels Bohr udgav sin teori om atomers struktur baseret på kvantemekanik.
Grundstoffernes emissionsspektrum
Når et grundstof opvarmes i en flamme eller udsættes for elektriske udladninger, bliver dets elektroner ophidset og bevæger sig til højere energi atomare niveauer. De henfalder derefter til det forrige niveau og udsender den energi, de absorberede i form af elektromagnetisk stråling; en foton, hvis energi er forskellen mellem energierne på de to niveauer. Og fotonens energi bestemmer bølgelængden af den stråling, de udsender. Elektroner kan exciteres på forskellige atomare niveauer, derfor vil de udsende stråling med forskellige bølgelængder; men emissionen forbundet med hvert henfald vil have en veldefineret bølgelængde. Dette er den måde, emissionsspektre genereres på; henfaldet af hvert niveau, hvortil elektroner kan exciteres i et grundstofs atomer, genererer hver spektrallinje. OG, Da atomernes exciterede tilstande er forskellige for hvert grundstof, vil emissionsspektrene også være forskellige; derfor er emissionsspektrene et kendetegn for hvert element.
Rydbergs formel
Rydberg-formlen har følgende udtryk.
1/ λ = RZ (1/n 1 2 – 1/n 2 2 )
hvor λ er bølgelængden af den stråling, der udsendes (Rydberg definerede bølgetallet som 1/ λ); R er Rydberg-konstanten; Z er grundstoffets atomnummer, og n 1 og n 2 er heltal, hvor n 2 > n 1 .
Energien og positionen af en elektron, der kredser om kernen af et atom, er repræsenteret af en bølgeligning, en løsning af Schrödinger-ligningen. Denne bølgeligning omfatter fire kvantetal ; n 1 og n 2 er relateret til det vigtigste kvantetal n , der er forbundet med elektronens energi.
Rydberg målte konstanten R fra justeringen af hans formel til de eksperimentelle data opnået fra spektralmålingerne. Den første værdi, han opnåede med målingerne af brintbølgelængderne, var 109721,6 1/cm. Senere blev det observeret, at værdien af R er forskellig for hvert element, og konstanten for en uendelig nuklear masse blev defineret. Den seneste målte værdi af Rydberg-konstanten for en uendelig nuklear masse er 109737,31568549 (83) 1/cm (værdien i parentes er måleusikkerheden, anvendt på de sidste to cifre).
Hvis Rydbergs formel anvendes på brintatomet, opnås forskellige spektralrækker ved at variere n 1 , og hver serie udvikles ved at variere n 2 . For eksempel, hvis n 1 = 1, vil varierende n 2 mellem 2 og uendeligt give bølgelængderne af emissionerne fra den spektralserie, der blev kaldt Lyman-serien. Forøgelse af n 1 giver Balmer, Paschen, Brackett, Pfund og Humphrey-serien.
Kilder
Bradley W. Carroll, Dale A. Ostlie. En introduktion til moderne astrofysik . Anden udgave, Pearson Addison-Wesley. 2007.
Indrek Martinson, LJ Curtis. Janne Rydberg – hans liv og virke Nukleare instrumenter og metoder i fysikforskning B 235 (2005) 17–22.
