Serie espectral de hidrógeno
El espectro de emisión del hidrógeno atómico se ha dividido en varias series espectrales , con longitudes de onda dadas por la fórmula de Rydberg . Estas líneas espectrales observadas se deben a que el electrón hace transiciones entre dos niveles de energía en un átomo. La clasificación de las series por la fórmula de Rydberg fue importante en el desarrollo de la mecánica cuántica . Las series espectrales son importantes en la espectroscopia astronómica para detectar la presencia de hidrógeno y calcular los desplazamientos hacia el rojo .
Un átomo de hidrógeno consiste en un electrón que orbita alrededor de su núcleo . La fuerza electromagnética entre el electrón y el protón nuclear conduce a un conjunto de estados cuánticos para el electrón, cada uno con su propia energía. Estos estados fueron visualizados por el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno como órbitas distintas alrededor del núcleo. Cada nivel de energía, capa de electrones u órbita, se designa con un número entero, n , como se muestra en la figura. El modelo de Bohr fue reemplazado más tarde por la mecánica cuántica en la que el electrón ocupa un orbital atómico en lugar de una órbita, pero los niveles de energía permitidos del átomo de hidrógeno se mantuvieron igual que en la teoría anterior.
La emisión espectral ocurre cuando un electrón pasa o salta de un estado de mayor energía a un estado de menor energía. Para distinguir los dos estados, el estado de menor energía se designa comúnmente como n′ y el estado de mayor energía se designa como n . La energía de un fotón emitido corresponde a la diferencia de energía entre los dos estados. Debido a que la energía de cada estado es fija, la diferencia de energía entre ellos es fija y la transición siempre producirá un fotón con la misma energía.
Las líneas espectrales se agrupan en series según n′ . Las líneas se nombran secuencialmente a partir de la longitud de onda más larga/frecuencia más baja de la serie, usando letras griegas dentro de cada serie. Por ejemplo, la línea 2 → 1 se llama "Lyman-alpha" (Ly-α), mientras que la línea 7 → 3 se llama "Paschen-delta" (Pa-δ).
Hay líneas de emisión de hidrógeno que quedan fuera de estas series, como la línea de 21 cm . Estas líneas de emisión corresponden a eventos atómicos mucho más raros, como las transiciones hiperfinas . [1] La estructura fina también da como resultado que las líneas espectrales individuales aparezcan como dos o más líneas más delgadas agrupadas estrechamente, debido a las correcciones relativistas. [2]
En la teoría de la mecánica cuántica, el espectro discreto de emisión atómica se basó en la ecuación de Schrödinger , que se dedica principalmente al estudio de los espectros de energía de los átomos similares al hidrógeno, mientras que la ecuación de Heisenberg equivalente dependiente del tiempo es conveniente cuando se estudia un átomo impulsado por una fuente externa. onda electromagnética . [3]
