ЛИНЕЙЧАТЫЕ СПЕКТРЫ АТОМОВ

Исследование состава электромагнитного излучения разреженных газов (например, в газоразрядной трубке) показали, что каждому из них присущ определенный дискретный набор излучаемых частот (длин волн) – линейчатый спектр. Каждый атом разреженного газа можно считать не взаимодействующим с другими атомами. Следовательно, линейчатые спектры свойственны отдельным атомам вещества.

Группа спектральных линий в атомном спектре, частоты которых подчиняются определенной закономерности, называется спектральной серией.

Наиболее четко спектральные серии выделяются в спектрах атома водорода и водородоподобных атомов.

Для спектральных серий атома водорода И.Бальмер подобрал эмпирическую формулу, отражающую дискретность спектра и позволяющую определить значения частот n_nm, образующих спектр. Обобщенная формула Бальмера имеет вид:

, (2.1)

где - постоянная Ридберга,

n и m - целые, положительные числа, не равные нулю и друг другу: (n=1,2,3, ….; m = (n+1), ( n+2), ….).

Спектральную серию образуют частоты, соответствующие одинаковому значению числа n, но разным значениям числа m. С увеличением m линии серии сближаются; значение m= определяет границу серии, к которой со стороны больших частот примыкает сплошной спектр.

В спектре атома водорода к началу 20 века было обнаружено несколько спектральных серий.

В ультрафиолетовой области спектра - серия Лаймана (n=1, m=2,3,4, ..), в видимой области – серия Бальмера (n=2, m =3,4…), в инфракрасной области – серии Пашена (n=3, m=4,5,6 …), Брэкета (n=4, m=5,6 ,….), Пфунда (n=5, m=6,7, …), Хэмфри (n=6, m = 7,8,…).

Формула (2.1) показывает, что частота, соответствующая любой спектральной линии, может быть представлена в виде разности двух частот - спектральных термов:

(2.2)

Исследования спектров более сложных атомов (гелия, паров щелочных металлов Li, Na, K) показало, что значения частот их спектральных линий тоже можно представить в виде разности термов, однако их выражения в отличие от (2.2) являются более сложными.

Линейчатость атомных спектров – это экспериментальное свидетельство дискретности физических величин, характеризующих свойства атома. Обнаруженные закономерности противоречили основным положениям классической физики, которая оказалась неспособной их объяснить.