Tabla de Contenidos
Olyan elem, amelyben gázhalmazállapotban elektromos kisülés lép fel, vagy amely lángot képez, elektromágneses sugárzást bocsát ki fény formájában, legyen az akár a látható spektrumban lévő hullámhosszú sugárzás, akár ultraibolya vagy infravörös sugárzás. Ez a sugárzás több jól meghatározott hullámhosszú emisszió keveréke, amelyek az adott elem emissziós spektrumát alkotják, és ezek mindegyikét spektrális vonalaknak nevezzük. A Rydberg-képlet egy empirikus matematikai kifejezés, amely lehetővé teszi egy elem spektrális vonalainak hullámhosszának meghatározását.
Janne Rydberg
Johannes (Janne) Robert Rydberg 1854. november 8-án született a svédországi Halmstadban. A Lundi Egyetemen tanult, majd 1879-ben megvédte matematikai doktori disszertációját, és 1881-ben elvállalt egy tanári állást, amely elősegítette kutatási tevékenységét. A matematikai tanulmányok fejlesztésével egyidejűleg az egyetem Fizikai Intézetében dolgozott asszisztensként, és megjelentette első fizikai munkáját a súrlódásos elektromosság előállításáról.
Rydberg korai pályafutásának fő érdeklődési témája a Mengyelejev által javasolt elemek periodikus viselkedése volt. Ekkor kezdték el tanulmányozni egy olyan elem által kibocsátott sugárzás spektrumát, amelyben elektromos kisülés lép fel, vagy amely lángot hoz létre, és az eredményeket RW Bunsen és GR Kirchhoff munkáival kezdték előállítani. Rydberg meg volt győződve arról, hogy a kapott spektrumvonalak tanulmányozása kulcsfontosságú információkat szolgáltat az elemek tulajdonságainak periodicitásának eredetéről szóló munkájához.
A mért spektrumokból nyert információkat kiterjedt táblázatokba halmozták fel, amelyeket nem szintetizáltak a fizikai viselkedésüket kifejező modellben. Rydberg ezeket az adatokat elemezve felfedezte, hogy lehetséges egy elem spektrumvonalait különböző sorozatokba rendezni, és minden sorozatban a spektrumvonalakat az első sortól csökkenő intenzitásban rendezték. Minden sorozathoz egész számokat rendelt, egy sorszámot, 1-el kezdve a leghosszabb hullámhosszú sorhoz, kettővel a következőhöz, és így tovább. A hullámhosszak és a sorrendszám grafikonjának elkészítésekor megfigyelte, hogy hiperbolát rajzoltak, ezért az első képlete a hossz inverz értékét a sorrendszám inverz értékéhez szorozta egy konstanssal, a rydbergi állandóval.
A Rydberg-formula kifejezése akkor a kísérleti adatokhoz illeszkedő matematikai leírás volt, empirikus képlet volt, de a képletnek nem volt fizikai értelmezése. Ez az értelmezés néhány évvel később, 1913-ban lehetséges, amikor Niels Bohr publikálta az atomok kvantummechanikán alapuló szerkezetére vonatkozó elméletét.
Az elemek emissziós spektruma
Amikor egy elemet lángban hevítenek vagy elektromos kisülésnek vetik alá, elektronjai gerjesztődnek, és magasabb energiájú atomi szintekre mozognak. Ezután lecsökkennek az előző szintre, és elektromágneses sugárzás formájában bocsátják ki az elnyelt energiát; egy foton, amelynek energiája a két szint energiáinak különbsége. A foton energiája pedig meghatározza az általuk kibocsátott sugárzás hullámhosszát. Az elektronok különböző atomi szinten gerjeszthetők, ezért különböző hullámhosszú sugárzást bocsátanak ki; de az egyes bomlásokhoz kapcsolódó emisszió jól meghatározott hullámhosszú lesz. Ez az emissziós spektrumok létrehozásának módja; minden olyan szint lebomlása, amelyre az elektronok gerjeszthetők egy elem atomjaiban, minden egyes spektrális vonalat generál. ÉS, Mivel az atomok gerjesztett állapota minden elemnél eltérő, az emissziós spektrumok is eltérőek lesznek; ezért az emissziós spektrumok az egyes elemek jellemzői.
Rydberg képlete
A Rydberg-képlet a következő kifejezéssel rendelkezik.
1/ λ = RZ (1/n 1 2 – 1/n 2 2 )
ahol λ a kibocsátott sugárzás hullámhossza (Rydberg a hullámszámot 1/λ-ként határozta meg); R jelentése Rydberg-állandó; Z az elem rendszáma, n 1 és n 2 pedig egész számok, ahol n 2 > n 1 .
Az atommag körül keringő elektron energiáját és helyzetét egy hullámegyenlet, a Schrödinger-egyenlet megoldása ábrázolja. Ez a hullámegyenlet négy kvantumszámot tartalmaz ; n 1 és n 2 összefügg az n főkvantumszámmal , amely az elektron energiájához kapcsolódik.
Rydberg az R állandót a képlete beállításából a spektrális mérésekből nyert kísérleti adatokhoz mérte . Az első érték, amit a hidrogén hullámhosszainak mérésével kapott, 109721,6 1/cm volt. Később megfigyelték, hogy az R értéke minden elemnél eltérő, és meghatározták a végtelen magtömeg állandóját. A Rydberg-állandó legutóbbi mért értéke egy végtelen magtömegre 109737,31568549 (83) 1/cm (a zárójelben lévő érték a mérési bizonytalanság, az utolsó két számjegyre vonatkoztatva).
Ha a Rydberg-képletet alkalmazzuk a hidrogénatomra, akkor n 1 változtatásával különböző spektrumsorokat kapunk , és minden sorozatot n 2 változtatásával fejlesztünk ki . Például, ha n 1 = 1, az n 2-t 2 és végtelen között változtatva megadjuk a Lyman-sornak nevezett spektrális sorozat emisszióinak hullámhosszait. Az n 1 növelése a Balmer, Paschen, Brackett, Pfund és Humphrey sorozatot eredményezi.
Források
Bradley W. Carroll, Dale A. Ostlie. Bevezetés a modern asztrofizikába . Második kiadás, Pearson Addison-Wesley. 2007.
Indrek Martinson, LJ Curtis. Janne Rydberg – élete és munkája Nukleáris műszerek és módszerek a fizikakutatásban B 235 (2005) 17–22.
