В физике и химии, то серия Лаймана является водород спектральных сериями переходов и в результате ультрафиолетовых линий излучения в водородном атоме как электрон переходит из п ≥ 2 до п = 1 (где п представляет собой главное квантовое число ), самый низкий уровень энергии электрона. Переходы последовательно называются греческими буквами : от n = 2 до n = 1 называется Lyman-alpha, от 3 до 1 - Lyman-beta, от 4 до 1 - Lyman-gamma и т. Д. Сериал назван в честь его первооткрывателя Теодора Лаймана. Чем больше разница в главных квантовых числах, тем выше энергия электромагнитного излучения.
Первая линия в спектре серии Лаймана была открыта в 1906 году гарвардским физиком Теодором Лайманом, изучавшим ультрафиолетовый спектр электрически возбужденного газообразного водорода. Остальные линии спектра (все в ультрафиолете) были открыты Лайманом в 1906-1914 гг. Спектр излучения водорода непостоянен или дискретен. Вот иллюстрация первой серии линий эмиссии водорода:
Исторически объяснение природы спектра водорода было серьезной проблемой в физике. Никто не мог предсказать длины волн водородных линий до 1885 года, когда формула Бальмера дала эмпирическую формулу для видимого спектра водорода. В течение пяти лет Йоханнес Ридберг придумал эмпирическую формулу, которая решала проблему, представленная сначала в 1888 году, а окончательная форма - в 1890 году. Ридбергу удалось найти формулу, которая соответствовала бы известным линиям излучения серии Бальмера, а также предсказала те, которые еще не были обнаружены. Было обнаружено, что разные версии формулы Ридберга с разными простыми числами генерируют разные серии линий.
1 декабря 2011 года было объявлено, что « Вояджер-1» обнаружил первое излучение Лайман-альфа, исходящее из галактики Млечный Путь. Излучение Лайман-альфа ранее было обнаружено из других галактик, но из-за помех от Солнца излучение Млечного Пути не было обнаружено.
Версия формулы Ридберга, которая породила ряд Лаймана, была:
Где n - натуральное число, большее или равное 2 (т. Е. N = 2, 3, 4,… ).
Следовательно, линии на изображении выше - это длины волн, соответствующие n = 2 справа и n = ∞ слева. Спектральных линий бесконечно много, но они становятся очень плотными по мере приближения к n = ∞ ( предел Лаймана ), поэтому появляются только некоторые из первых и последних линий.
Все длины волн в серии Лаймана - ультрафиолетовые:
п | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | ∞ предел Лаймана |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Длина волны ( нм ) | 121,56701 | 102,57220 | 97,253650 | 94,974287 | 93,780331 | 93,0748142 | 92,6225605 | 92.3150275 | 92.0963006 | 91.9351334 | 91,1753 |
В 1914 году, когда Нильс Бор создал свою модельную теорию Бора, была объяснена причина, по которой спектральные линии водорода соответствуют формуле Ридберга. Бор обнаружил, что электрон, связанный с атомом водорода, должен иметь квантованные уровни энергии, описываемые следующей формулой:
Согласно третьему предположению Бора, всякий раз, когда электрон падает с начального уровня энергии E i на конечный уровень энергии E f, атом должен испускать излучение с длиной волны
Есть также более удобные обозначения при работе с энергией в электронвольтах и длинами волн в единицах ангстрема,
Заменив энергию в приведенной выше формуле выражением для энергии в атоме водорода, где начальная энергия соответствует уровню энергии n, а конечная энергия соответствует уровню энергии m,
Где R H - та же самая постоянная Ридберга для водорода из давно известной формулы Ридберга. Это также означает, что величина, обратная постоянной Ридберга, равна пределу Лаймана.
Для связи между Бором, Ридбергом и Лайманом нужно заменить m на 1, чтобы получить
что является формулой Ридберга для ряда Лаймана. Следовательно, каждая длина волны эмиссионных линий соответствует падению электрона с определенного энергетического уровня (больше 1) на первый энергетический уровень.