Изворни код странице Spektralne linije vodonika

[[Датотека:Hydrogen spectrum.svg|оквир|десно|Spektralna serija vodonika na [[logaritam]]skoj skali.]]

'''Emisioni spektar atoma vodonika''' je podeljen na nekoliko serija čije su [[talasna dužina|talasne dužine]] predviđene [[Ridbergova formula|Ridbergovom jednačinom]]. Ove spektralne linije se javljaju usled prelaska [[elektron]]a s jednog na drugi [[energetski nivo]] atoma. Podela spektra na serije prema Ridbergovoj jednačini je bila jako važna u razvoju [[kvantna mehanika|kvantne mehanike]]. Spektralne serije su od velike važnosti u [[astronomija|astronomiji]] u identifikovanju prisustva [[vodonik]]a i izračunavanje [[Crveni pomak|crvenog pomaka]].   

== Fizika ==

[[Датотека:Hydrogen transitions.svg|мини|лево|400px|Prelasci elektrona i rezultujuće talasne dužine za vodonik. Energetski nivoi nisu u razmeri.]]

Atom vodonika sadrži jedan elektron koji orbitira oko [[atomsko jezgro|atomskog jezgra]]. [[Elektromagnetna sila]] koja deluje između elektrona i [[proton]]a u jezgru rezultira u nizu [[kvantno stanje|kvantnih stanja]] za elektron, od kojih svaki ima specifični sadržaj energije. Ova stanja su zamišljene u [[Borov model atoma|Borovom Atomskom modelu]] kao zasebne orbite oko jezgra. Svako energetsko stanje, ili [[orbitala]] je označena [[ceo broj|celim brojem]], n kao što je prikazano na slici.

Emisioni spektri se javljaju kada elektron prelazi sa višeg na niže energetsko stanje. Niže energetsko stanje se obično označava sa n', dok se više energetsko stanje označava sa n. Energija emitovanog [[foton]]a se podudara sa energetskom razlikom između ova dva stanja. Budući da je energija svakog stanja nepromenjiva, to je i energetska razlika među njima nepromenjiva, te će i prelazak elektrona između njih, uvek izazvati emisiju fotona sa istom energijom.

Spektralne linije su grupisane u skladu sa n'. Linije su dobile imena redom počev od najduže talasne dužine / najniže [[frekvencija|frekvencije]] serije, koristeći [[grčka slova]] u okviru svake serije. Tako se linija nastala prelaskom 2 → 1 naziva "Lajman-alfa" (Ly-α), dok se linija nastala prelaskom 7 → 3 naziva "Pašen-delta" (Pa-δ).

Postoje i takve emisione linije vodonika koje ne spadaju u ove serije. Takva je i [[Vodonikova linija na 21 cm]]. Ovakve emisione linije odgovaraju znatno ređim atomskim procesima, kao što su [[hiperfini prelasci]].<ref>{{cite web |url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/h21.html |title=The Hydrogen 21-cm Line |accessdate=18. 3. 2009 |work=[[Hyperphysics]] |publisher=[[Georgia State University]] |date=30. 10. 2004 }}</ref> Fine strukture su takođe razlog zašto se jedinstvene spektralne linije često javljaju kao dve ili više, tanjih, zbijenih linija.<ref>{{cite book |last=Liboff|first=Richard L. |author-link=Ričard Libof |title=Introductory Quantum Mechanics |publisher=Addison-Wesley |year=2002 |isbn=978-0-8053-8714-8|pages=}}</ref>

== Ridbergova formula ==
{{Main|Ridbergova formula}}

Energetske razlike između nivoa u Borovom modelu, i otuda talasne dužine emitovanih / apsorbovanih fotona, data je Ridbergovom formulom:<ref>{{citation |last=Bohr|first=Niels |author-link=Nils Bor |chapter=Rydberg's discovery of the spectral laws |editor-last=Kalckar |editor-first=J. |title=N. Bor: Collected Works |publisher=North-Holland Publ. |publication-place=Amsterdam |publication-date=1985 |volume=10 |pages=373–9}}</ref>

:<math> {1 \over \lambda} = R \left( {1 \over (n^\prime)^2} - {1 \over n^2} \right) \qquad \left( R = 1.097373 \times 10^7 \ \mathrm{m}^{-1} \right)</math>
gde n označava viši energetski nivo, n' označava niži energetski nivo, a R je [[Ridbergova konstanta]].<ref name="CODATA">{{cite web |url=http://physics.nist.gov/cuu/Constants/codata.pdf |title=CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2006 |work=Komitet za podatke za nauku i tehnologiju (CODATA) |publisher=[[NIST]]|format=PDF}}</ref> Jednačina daje smislene rezultate samo kada je n veće od n' i kada se uzme da je [[Гранична вредност|limes]] od 1 kroz beskonačno, jednak nuli.

== Serije ==

=== Lajmanova serija (''n′'' = 1) ===

{| class="wikitable" border="1" style="float:left"
|- 
|- 
|-  
! n !! λ (nm)
u vakuumu
|- style="text-align: center"
|2 || 121.57
|- style="text-align: center"
|3 || 102.57
|- style="text-align: center"
|4 || 97.254
|- style="text-align: center"
|5 || 94.974
|- style="text-align: center"
|6 || 93.780
|- style="text-align: center"
|<math>\infty</math> || 91.175
|}
<ref name="Wiese et al. 2009">{{cite journal|last1=Wiese|first1=W. L.|last2=Fuhr|first2=J. R.|title=Accurate Atomic Transition Probabilities for Hydrogen, Helium, and Lithium |journal=Journal of Physical and Chemical Reference Data|date=2009|volume=38|issue=3|pages=565|doi=10.1063/1.3077727}}</ref>

[[Датотека:LymanSeries.svg|мини|righ|400px|Lajmanova serija atoma vodonika, spektralne linije u [[ultraljubičasti spektar|ultraljubičastom spektru]].]]

Serija je dobila ime po [[Teodor Lajman|Teodoru Lajmanu]], koji je prvi otkrio spektralne linije 1906–1914. Sve linije Lajmanove serije su u ultraljubičastom spektru.<ref>{{citation |last=Lyman|first=Theodore |author-link=Teodor Lajman |title=The Spectrum of Hydrogen in the Region of Extremely Short Wave-Length |journal=Memoirs of the American Academy of Arts and Sciences |volume=13 |issue=3 |series=New Series |pages=125–146 |jstor=25058084 |issn=0096-6134 |year=1906}}</ref><ref>{{citation |last=Lyman|first=Theodore |author-link=Teodor Lajman |title=An Extension of the Spectrum in the Extreme Ultra-Violet |year=1914 |journal=Nature |volume=93 |pages=241 |doi=10.1038/093241a0|bibcode = 1914Natur..93..241L }}</ref>

{{-}}

=== Balmerova serija (''n′'' = 2) ===

{| class="wikitable" border="1" style="float:left"
|- 
! n !! λ (nm)
u vazduhu
|- style="text-align: center"
|3 || 656.3
|- style="text-align: center"
|4 || 486.1
|- style="text-align: center"
|5 || 434.0
|- style="text-align: center"
|6 || 410.2
|- style="text-align: center"
|7 || 397.0
|- style="text-align: center"
|<math>\infty</math> || 364.6
|-
|}

Dobila ime po [[Johan Balmer|Johanu Balmeru]], koji je otkrio '''Balmerovu formulu''', empirijsku jednačinu za predviđanje balmerove serije u 1885. Balmerove linije su ranije nazivane "H-alfa", "H-beta", "H-gama" i tako dalje, gde H označava Vodonik.<ref>{{citation |last=Balmer |first=J. J. |author-link=Johan Jakob Balmer |title=Notiz uber die Spectrallinien des Wasserstoffs |journal=Annalen der Physik |volume=261 |issue=5 |pages=80–87 |year=1885 |url=http://www3.interscience.wiley.com/journal/112487600/abstract |doi=10.1002/andp.18852610506 |bibcode=1885AnP...261...80B |accessdate=23. 02. 2015 |archive-date=18. 12. 2019 |archive-url=https://web.archive.org/web/20191218161150/http://www3.interscience.wiley.com/journal/112487600/abstract |url-status=dead }}</ref> Četiri Balmerove linije spadaju u vidljivi deo spektra, sa talasnim dužinama većim od 400nm i kraćim od 700 nm. Delovi Balmerove serije se mogu videti u [[Fraunhoferove linije|sunčevom spektru]]. H-alfa je bitna linija koja se koristi u astronomiji kada je potrebno identifikovati vodonik.

[[Датотека:Emission spectrum-H.svg|757px|мини|центар|Četiri vidljive emisione linije Balmerove serije. H-alpha je crvena linija desno.]]

{{-}}

=== Pašenova serija (Borova serija) (''n′'' = 3) ===

{| class="wikitable" border="1" style="float:left"
|- 
! n !! λ (nm)
u vazduhu
|- style="text-align: center"
|4 || 1875
|- style="text-align: center"
|5 || 1282
|- style="text-align: center"
|6 || 1094
|- style="text-align: center"
|7 || 1005
|- style="text-align: center"
|8 || 954.6
|- style="text-align: center"
| 9 || 922.9
|-style="text-align: center"
|<math>\infty</math> || 820.4
|}

Dobila ime po [[Nemačka|nemačkom]] fizičaru [[Fridrih Pašen|Fridrihu Pašenu]] koji ih je prvi zapazio 1908. Sve Pašenove linije leže u [[Infracrveno zračenje|Infracrvenom spektru]].<ref>{{citation |last=Paschen |first=Friedrich |author-link=Fridrih Pašen |year=1908 |title=Zur Kenntnis ultraroter Linienspektra. I. (Normalwellenlängen bis 27000 Å.-E.) |journal=Annalen der Physik |volume=332 |issue=13 |pages=537–570 |url=http://www3.interscience.wiley.com/journal/112500956/abstract |doi=10.1002/andp.19083321303 |bibcode=1908AnP...332..537P |accessdate=23. 02. 2015 |archive-date=10. 01. 2020 |archive-url=https://web.archive.org/web/20200110015233/http://www3.interscience.wiley.com/journal/112500956/abstract |url-status=dead }}</ref> Ove se serija preklapa sa sledećom, Braketovom serijom, odnosno, najkraća linija Braketove serije ima talasnu dužinu koja je između Pašenovih linija. Sve naredne serije se preklapaju.

{{-}}

=== Braketova serija (''n′'' = 4) ===

{| class="wikitable" border="1" style="float:left"
|- 
! n !! λ (nm)
u vazduhu
|- style="text-align: center"
|5 || 4051
|- style="text-align: center"
|6 || 2625
|- style="text-align: center"
|7 || 2166
|- style="text-align: center"
|8 || 1944
|- style="text-align: center"
|9 || 1817
|- style="text-align: center"
|<math>\infty</math> || 1458
|}<ref name="Wiese et al. 2009"/>

Dobila ime po [[Amerika|Američkom]] fizičaru [[Frederik Sumner Braket]]u koji je prvi opazio ove linije 1922.<ref>{{citation |last=Brackett|first=Frederick Sumner |author-link=Frederik Sumner Braket |year=1922 |title=Visible and infra-red radiation of hydrogen |journal=Astrophysical Journal |volume=56 |pages=154 |doi=10.1086/142697|bibcode = 1922ApJ....56..154B }}</ref>

{{-}}

=== Pfundova serija (''n′'' = 5) ===

{| class="wikitable" border="1" style="float:left"
|- 
! n !! λ (nm)
u vakuumu
|- style="text-align: center"
|6 || 7460
|- style="text-align: center"
|7 || 4654
|- style="text-align: center"
|8 || 3741
|- style="text-align: center"
|9 || 3297
|- style="text-align: center"
|10 || 3039
|- style="text-align: center"
|<math>\infty</math> || 2279
|}<ref name="Kramida et al. 2010">{{cite journal|last1=Kramida|first1=A.E.|title=A critical compilation of experimental data on spectral lines and energy levels of hydrogen, deuterium, and tritium|journal=Atomic Data and Nuclear Data Tables|date=novembar 2010|volume=96|issue=6|pages=586–644|doi=10.1016/j.adt.2010.05.001}}</ref>

Otkrivena 1924 experimentom [[Avgust Herman Pfund]]a.<ref>{{citation |last=Pfund|first=A. H. |author-link=August Herman Pfund |title=The emission of nitrogen and hydrogen in infrared |year=1924 |journal=J. Opt. Soc. Am. |volume=9 |issue=3 |pages=193–196 |doi=10.1364/JOSA.9.000193}}</ref>

{{-}}

=== Hamfrijeva serija (''n′'' = 6) ===

{| class="wikitable" border="1" style="float:left"
|- 
! n !! λ (μm)
u vakuumu
|- style="text-align: center"
|7 || 12.37
|- style="text-align: center"
|8 || 7.503
|- style="text-align: center"
|9 || 5.908
|- style="text-align: center"
|10 || 5.129
|- style="text-align: center"
|11 || 4.673
|- style="text-align: center"
|<math>\infty</math> || 3.282
|}<ref name="Kramida et al. 2010"/>
Otkrio ju je 1953 američki fizičar [[Kurtis J. Hamfris]].<ref>{{citation |last=Humphreys|first=C.J. |author-link=Curtis J. Humphreys |title=Humphreys Series |journal=J. Research Natl. Bur. Standards |year=1953 |volume=50}}</ref>

{{-}}

=== Dalje (''n′'' > 6) ===
Dalje serije nisu imenovane, ali prate iste principe koje postavlja Ridbergova formula. Serije su sve više raštrkane i imaju sve veće talasne dužine. Takođe, linije su sve bleđe, što je u skladu sa retkim atomskim procesima.

== Primena na druge sisteme ==
Ideja Ridbergove formule može da se primeni na bilo koji sistem sa jednom česticom koja orbitira oko nukleusa, npr [[Helium|He]]<sup>+</sup> jon ili egzotični atom [[muonijum]]. Jednačina se mora modifikovati u skladu sa [[Borov radijus|Borovim radijusom]]; Emisije će imati slične odlike ali drugačiji obim energija.

Svi ostali atomi sadrže najmanje 2 elektrona u svom [[jonizacija|neutralnom]] stanju i tada je primena ovako pojednostavljenog sistema za analizu nepraktična. Izvođenje Ridbergove formule predstavljala je veliki pomak u [[fizika|fizici]], ali je prošlo mnogo vremena pre nego što se pronašlo njeno proširenje i na ostale elemente.

== Reference ==
{{reflist|colwidth=30em}}

== Vidi još ==
* [[Vodonikova linija na 21 cm]]
{{Commonscat|Hydrogen spectral series}}

{{normativna kontrola}}

[[Категорија:Fizika]]
[[Категорија:Vodonik]]