Tabla de Contenidos
Một nguyên tố trong đó sự phóng điện xảy ra khi ở trạng thái khí hoặc tạo thành ngọn lửa, phát ra bức xạ điện từ dưới dạng ánh sáng, cho dù đó là bức xạ có bước sóng trong quang phổ khả kiến, hay bức xạ cực tím hoặc hồng ngoại. Bức xạ này là hỗn hợp của một số phát xạ có bước sóng xác định rõ tạo nên quang phổ phát xạ của nguyên tố đó và mỗi phát xạ này được gọi là các vạch quang phổ. Công thức Rydberg là một biểu thức toán học thực nghiệm cho phép xác định bước sóng của các vạch quang phổ của một nguyên tố.
Janne Rydberg
Johannes (Janne) Robert Rydberg sinh ngày 8 tháng 11 năm 1854 tại Halmstad, Thụy Điển. Ông học tại Đại học Lund và bảo vệ luận án tiến sĩ toán học vào năm 1879, đồng ý đảm nhận vị trí giảng dạy vào năm 1881, điều này tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động nghiên cứu của ông. Đồng thời, ông đang phát triển nghiên cứu về toán học, ông làm trợ lý tại Viện Vật lý của trường đại học, xuất bản công trình đầu tiên của ông về vật lý về sản xuất điện bằng ma sát.
Chủ đề chính được quan tâm trong thời kỳ đầu sự nghiệp của Rydberg là hành trạng tuần hoàn của các nguyên tố do Mendeleev đề xuất. Vào thời điểm đó, quang phổ của bức xạ phát ra từ một nguyên tố trong đó xảy ra phóng điện hoặc tạo thành ngọn lửa bắt đầu được nghiên cứu, các kết quả bắt đầu được tạo ra với công trình của RW Bunsen và GR Kirchhoff. Rydberg tin chắc rằng việc nghiên cứu các vạch quang phổ thu được sẽ cung cấp thông tin quan trọng cho công trình của ông về nguồn gốc tính tuần hoàn của các tính chất của các nguyên tố.
Thông tin thu được từ quang phổ đo được được tích lũy trong các bảng mở rộng không được tổng hợp trong một mô hình thể hiện hành vi vật lý của chúng. Rydberg đã phân tích dữ liệu này và phát hiện ra rằng có thể sắp xếp các vạch quang phổ của một nguyên tố thành các dãy khác nhau, và trong mỗi dãy các vạch quang phổ được sắp xếp theo cường độ giảm dần so với vạch đầu tiên. Ông gán các số nguyên cho mỗi dãy, một số thứ tự, bắt đầu bằng số một cho vạch có bước sóng dài nhất, số hai cho vạch tiếp theo, v.v. Khi vẽ đồ thị bước sóng và số thứ tự, ông nhận thấy rằng một hyperbola được vẽ, vì vậy công thức đầu tiên của ông liên kết giá trị nghịch đảo của độ dài với giá trị nghịch đảo của số thứ tự nhân với một hằng số, hằng số rydberg.
Biểu thức của công thức Rydberg sau đó là một mô tả toán học phù hợp với dữ liệu thực nghiệm, nó là một công thức thực nghiệm, nhưng không có cách giải thích vật lý nào cho công thức. Cách giải thích đó có thể thực hiện được vài năm sau, vào năm 1913, khi Niels Bohr công bố lý thuyết của ông về cấu trúc nguyên tử dựa trên cơ học lượng tử.
Quang phổ phát xạ của các nguyên tố
Khi một nguyên tố được đốt nóng trong ngọn lửa hoặc bị phóng điện, các electron của nó sẽ bị kích thích và di chuyển lên các mức nguyên tử năng lượng cao hơn. Sau đó, chúng phân rã về mức trước đó, phát ra năng lượng mà chúng hấp thụ dưới dạng bức xạ điện từ; một photon có năng lượng là sự khác biệt của năng lượng của hai cấp độ. Và năng lượng của photon quyết định bước sóng của bức xạ mà chúng phát ra. Các electron có thể bị kích thích ở các cấp độ nguyên tử khác nhau, do đó chúng sẽ phát ra các bức xạ có bước sóng khác nhau; nhưng sự phát xạ liên quan đến mỗi lần phân rã sẽ có bước sóng xác định rõ. Đây là cách tạo ra quang phổ phát xạ; sự phân rã của từng cấp độ mà các electron có thể bị kích thích trong nguyên tử của một nguyên tố tạo ra từng vạch quang phổ. VÀ, Vì trạng thái kích thích của các nguyên tử là khác nhau đối với mỗi nguyên tố, nên quang phổ phát xạ cũng sẽ khác nhau; do đó, quang phổ phát xạ là một đặc trưng của mỗi nguyên tố.
Công thức Rydberg
Công thức Rydberg có biểu thức sau.
1/ λ = RZ (1/n 1 2 – 1/n 2 2 )
trong đó λ là bước sóng của bức xạ được phát ra (Rydberg định nghĩa số sóng là 1/ λ); R là hằng số Rydberg; Z là số nguyên tử của nguyên tố và n 1 và n 2 là các số nguyên, trong đó n 2 > n 1 .
Năng lượng và vị trí của electron quay quanh hạt nhân nguyên tử được biểu diễn bằng một phương trình sóng, một nghiệm của phương trình Schrödinger. Phương trình sóng này bao gồm bốn số lượng tử ; n 1 và n 2 liên quan đến số lượng tử chính n , liên quan đến năng lượng của electron.
Rydberg đã đo hằng số R từ việc điều chỉnh công thức của ông đối với dữ liệu thực nghiệm thu được từ các phép đo quang phổ. Giá trị đầu tiên ông thu được khi đo các bước sóng hydro là 109721,6 1/cm. Sau đó, người ta quan sát thấy rằng giá trị của R là khác nhau đối với mỗi nguyên tố và hằng số cho khối lượng hạt nhân vô hạn đã được xác định. Giá trị đo được gần đây nhất của hằng số Rydberg đối với khối lượng hạt nhân vô hạn là 109737,31568549 (83) 1/cm (giá trị trong ngoặc đơn là độ không đảm bảo đo, áp dụng cho hai chữ số cuối cùng).
Nếu công thức của Rydberg được áp dụng cho nguyên tử hydro, thì các dãy quang phổ khác nhau thu được bằng cách thay đổi n 1 , và mỗi dãy được phát triển bằng cách thay đổi n 2 . Ví dụ, nếu n 1 = 1, việc thay đổi n 2 giữa 2 và vô cực sẽ cho các bước sóng phát xạ của dãy quang phổ được gọi là dãy Lyman. Tăng n 1 cho dãy Balmer, Paschen, Brackett, Pfund và Humphrey.
nguồn
Bradley W. Carroll, Dale A. Ostlie. Giới thiệu về vật lý thiên văn hiện đại . Ấn bản thứ hai, Pearson Addison-Wesley. 2007.
Indrek Martinson, LJ Curtis. Janne Rydberg – cuộc đời và công việc của ông Các công cụ và phương pháp hạt nhân trong nghiên cứu vật lý B 235 (2005) 17–22.
