Lyman series - Lyman series
Em física e química , a série de Lyman é uma série espectral de hidrogênio de transições e linhas de emissão ultravioleta resultantes do átomo de hidrogênio à medida que um elétron vai de n ≥ 2 a n = 1 (onde n é o número quântico principal ), o nível de energia mais baixo do elétron. As transições são nomeadas sequencialmente por letras gregas : de n = 2 para n = 1 é chamado Lyman-alfa , 3 para 1 é Lyman-beta, 4 para 1 é Lyman-gama e assim por diante. A série leva o nome de seu descobridor, Theodore Lyman . Quanto maior a diferença nos números quânticos principais, maior será a energia da emissão eletromagnética.
História
A primeira linha no espectro da série de Lyman foi descoberta em 1906 pelo físico de Harvard Theodore Lyman , que estava estudando o espectro ultravioleta do gás hidrogênio eletricamente excitado. O resto das linhas do espectro (todas no ultravioleta) foram descobertas por Lyman de 1906-1914. O espectro de radiação emitida pelo hidrogênio é descontínuo ou discreto. Aqui está uma ilustração da primeira série de linhas de emissão de hidrogênio:
Historicamente, explicar a natureza do espectro do hidrogênio era um problema considerável na física . Ninguém poderia prever os comprimentos de onda das linhas do hidrogênio até 1885, quando a fórmula de Balmer deu uma fórmula empírica para o espectro visível do hidrogênio. Em cinco anos, Johannes Rydberg surgiu com uma fórmula empírica que resolveu o problema, apresentada primeiro em 1888 e na forma final em 1890. Rydberg conseguiu encontrar uma fórmula para corresponder às linhas de emissão da série Balmer conhecidas e também previu aquelas ainda não descobertas. Diferentes versões da fórmula de Rydberg com diferentes números simples foram encontradas para gerar diferentes séries de linhas.
Em 1 de dezembro de 2011, foi anunciado que a Voyager 1 detectou a primeira radiação Lyman-alfa originária da Via Láctea . A radiação Lyman-alfa já havia sido detectada em outras galáxias, mas devido à interferência do Sol, a radiação da Via Láctea não foi detectada.
A série Lyman
A versão da fórmula de Rydberg que gerou a série Lyman foi:
Onde n é um número natural maior ou igual a 2 (ou seja, n = 2, 3, 4, ... ).
Portanto, as linhas vistas na imagem acima são os comprimentos de onda correspondentes a n = 2 no lado direito, para n = ∞ à esquerda. Existem infinitas linhas espectrais, mas elas se tornam muito densas à medida que se aproximam de n = ∞ (o limite de Lyman ), portanto, apenas algumas das primeiras linhas e a última aparecem.
Os comprimentos de onda da série Lyman são todos ultravioleta:
n | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | ∞, o limite de Lyman |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Comprimento de onda ( nm ) | 121.56701 | 102.57220 | 97,253650 | 94.974287 | 93,780331 | 93,0748142 | 92,6225605 | 92,3150275 | 92.0963006 | 91,9351334 | 91,1753 |
Explicação e derivação
Em 1914, quando Niels Bohr produziu sua teoria do modelo de Bohr , foi explicada a razão pela qual as linhas espectrais do hidrogênio se encaixam na fórmula de Rydberg. Bohr descobriu que o elétron ligado ao átomo de hidrogênio deve ter níveis de energia quantizados descritos pela seguinte fórmula,
De acordo com a terceira suposição de Bohr, sempre que um elétron cai de um nível de energia inicial E i para um nível de energia final E f , o átomo deve emitir radiação com um comprimento de onda de
Há também uma notação mais confortável ao lidar com energia em unidades de elétronvolts e comprimentos de onda em unidades de angstroms ,
- UMA.
Substituindo a energia na fórmula acima com a expressão para a energia no átomo de hidrogênio, onde a energia inicial corresponde ao nível de energia n e a energia final corresponde ao nível de energia m ,
Onde R H é a mesma constante de Rydberg para hidrogênio da fórmula de Rydberg há muito conhecida. Isso também significa que o inverso da constante de Rydberg é igual ao limite de Lyman.
Para a conexão entre Bohr, Rydberg e Lyman, deve-se substituir m por 1 para obter
que é a fórmula de Rydberg para a série Lyman. Portanto, cada comprimento de onda das linhas de emissão corresponde a um elétron caindo de um determinado nível de energia (maior que 1) para o primeiro nível de energia.
Veja também
- Modelo Bohr
- H-alfa
- Série espectral de hidrogênio
- K-alpha
- Fóton contínuo de Lyman
- Lei de Moseley
- Fórmula de Rydberg
- Balmer series