氫原子光譜

 

氫原子（${\displaystyle ^{1}H}$ ）由一個質子及一個電子構成，是最簡單的原子，因此其光譜一直是了解物質結構理論的主要基礎。研究其光譜，可藉由外界提供其能量，使其電子躍至高能階後，在跳回低能階的同時，會放出能量等同兩高低階間能量差的光子，再以光柵、稜鏡或干涉儀分析其光子能量、強度，就可以得到其發射光譜。亦或以一已知能量、強度之光源，照射氫原子，則等同其能階能量差的光子會被氫原子吸收，因而在該能量形成暗線。另一個方法則是分析來自外太空的氫原子，要取得純粹氫原子的光譜也非十分容易，主要是因為氫在大自然中傾向以雙原子分子存在，但科學家仍能藉由陰極射線管使其分解成單一原子。

依其發現之科學家及譜線所在之能量區段可將其劃分為以下系列，系列中各譜線則用α、β等希臘字母來命名：

主量子数n大於或等於2的电子跃迁到n = 1的能阶，产生的一系列光谱线称为“萊曼系列”。此系列譜線能量位於紫外光波段。

主量子数n大於或等於3的电子跃迁到n = 2的能阶，产生的一系列光谱线称为“巴耳末系”。巴耳末系有四条谱线处于可见光波段，所以是最早被发现的线系。

1885年，巴耳末（J.J. Balmer，瑞士，1825-1898）將位於可見光波段，能量位於410.12奈米、434.01奈米、486.07奈米、656.21奈米等譜線，以下列經驗公式表示： ${\displaystyle \lambda _{m}=365.46m^{2}/(m^{2}-4)}$ ，m = 3、4、5、6...，此方程式稱為巴耳末公式。

主量子数n大于或等于4的电子跃迁到n = 3的能阶，产生的一系列光谱线称为“帕申系列”，由帕申于1908年發現，位於紅外光波段。

主量子数n大于或等于5的电子跃迁到n = 4的能阶，产生的一系列光谱线称为“布拉格系列”，由弗雷德里克·布拉格于1922年发现，位于红外光波段。

主量子数n大于或等于6的电子跃迁到n = 5的能阶，产生的一系列光谱线称为“蒲芬德系列”，由蒲芬德於1924年發現，位於紅外光波段。

主量子数n大于或等于7的电子跃迁到n = 6的能阶，产生的一系列光谱线称为“韓福瑞系列”，由韓福瑞于1953年發現，位于红外光波段。

1889年瑞典物理學家约翰内斯·芮得柏（Johannes Robert Rydberg）將上述各系列譜線歸納出氫原子譜線的經驗公式：

${\displaystyle {\frac {1}{\lambda }}=R({\frac {1}{n^{2}}}-{\frac {1}{n'^{2}}})\qquad n=1,2,3\cdots \quad n'=n+1,n+2,n+3\cdots }$ 

• 波耳模型
• 氫
• 芮得柏公式
• 發射光譜
• 21公分線