Espectre de l'hidrogen

Séries espectrals de l'àtom d'hidrogen

Es denomina espectre de l'hidrogen a l'emissió electromagnètica pròpia del hidrogen. És popularment conegut des dels treballs de Kirchhoff, Bunsen i Fraunhofer que tots els elements tenen una emissió característica d'ones electromagnètiques dins de tot l'espectre electromagnètic.

Història

Balmer va deduir matemàticament les relacions entre les diferents llínees d'emissió del hidrogen, pero no va poder explicar per qué motiu físic les emissions seguien eixe patró.

No va ser fins al desenroll del model atòmic de Bohr que es va poder donar resposta a esta incògnita. En este model l'àtom es descriu com un núcleu en càrrega positiva (format per protones i neutrons) i els electrons orbitan al seu entorn en òrbites circulares. Solament es permeten les òrbites que complixen que la seua moment angular és un múltiple sancer de la constant de Planck, h. Este model va ser el primer que va introduir la mecànica quàntica dins del àtom i explicava satisfactòriament, per mig de transicions d'electrons entre les diferents òrbitas permeses, les emissions electromagnètiques de l'hidrogen. Als múltiples d'h de cada òrbita se li va cridar número quàntic.

Més vesprada este model va ser superat per Sommerfeld, permetent òrbites elíptiques i en l'introducció d'atres números quàntics que varen explicar teòricament els multipletes i les emissions d'àtoms d'elements més complexos. Modernamente sabem que l'espectre d'emissió d'un àtom coincidix en els valors del espectre matemàtic del observable hamiltoniano de l'àtom.

La fòrmula de Balmer generalisada pel físic suís Walter Ritz (1878-1909) és:

a on R és la constant de Rydberg de valor 1,097 10⁷ m^-1. n i m en l'interpretació de Bohr es convertixen en dos números quàntics relatius a dos òrbites diferents (m > n), és dir, esta equació dona la llongitut d'ona de la radiació emesa per un electró que bota des de l'òrbita m a la n. En funció de l'òrbita n d'arribada de l'electró de transició, s'han definit diferents séries de valors que reben els noms dels seus descobridors:

• per a n=1 Série de Lyman.
• per a n=2 Série de Balmer.
• per a n=3 Série de Paschen.
• per a n=4 Série de Brackett.
• per a n=5 Série de Pfund.
• per a n=6 Série de Humphreys.