Spettri atomici

Quando un fascio di luce solare viene fatto passare attraverso un prisma ottico la luce bianca si scompone in uno spettro continuo formato da tante radiazioni colorate che vanno dal viola (λ = 400 nm) al rosso (λ = 750 nm) evidenziando sette colori principali con moltissime sfumature.

Lo spettro si dice continuo perché non si osserva presenza di alcuna zona d’ombra tra le diverse sfumature di colore. Una sostanza solida portata all’incandescenza ( il comune filamento di una lampada) emette uno spettro continuo. Se la sostanza che emette la radiazione si trova invece allo stato gassoso essa produce uno spettro discontinuo. Più precisamente, se sono molecole ad emettere energia radiante si ottiene uno spettro discontinuo a bande, costituito cioè da zone luminose piuttosto ampie intervallate da zone oscure. Se invece si tratta di atomi si ottiene uno spettro discontinuo a righe.

Lo spettro atomico dell’idrogeno è il più semplice degli spettri a righe. Le righe Hα, Hβ, Hγ ecc. che appaiono nel visibile vennero studiate per la prima volta nello spettro del Sole e le loro lunghezze d’onda furono misurate con grande precisione.

Spettri atomici

Nel 1885 Balmer rivelò che i risultati potevano essere espressi con la seguente relazione:

1/λ = ῡ = RH ( 1/22 – 1/n2)  (1)

Dove RH è una costante e n un intero uguale a 3, 4, 5, 6 ecc. rispettivamente per le linee Hα, Hβ, Hγ, Hδ ecc. La costante RH viene chiamata costante di Rydberg ed è uguale a 109677.76 cm-1 . Per gli spettri dell’idrogeno atomico, la frequenza delle righe può essere rappresentata dall’equazione generale:

ῡ = RH ( 1/n12 – 1/n22)  (2)

in cui RH è la costante di Rydberg e n1 e n2 sono numeri interi, di cui il primo è costante da un estremo all’altro di ogni serie.

Si è visto che per la serie di Balmer n1 è uguale a due. 

Nel 1908 Paschen trovò nella regione infrarosso dello spettro di idrogeno una serie di righe per cui n1 è uguale a tre. Nello spettro ultravioletto dell’idrogeno Lyman osservò alcune righe le cui frequenze erano riprodotte dalla (1) ponendo n1 = 1. Successivamente Brackett scoprì nell’infrarosso la serie per cui n1 = 4. Nella stessa regione dello spettro è stata trovata da Pfund la serie con n1 = 5.

Da tali risultati emerge che la frequenza di ogni riga dello spettro dell’idrogeno può essere espressa con la combinazione di due termini, ognuno dei quali è rappresentato da RH /n2 in cui n è un numero intero. L’interpretazione di tale regolarità venne data per la prima volta dalla teoria di Bohr e più tardi dalla meccanica quantistica. Nel 1913 Bohr pubblicò tre saggi nei quali, accettando l’ipotesi per la quale l’elettrone ruota su orbite circolari intorno al nucleo, impose all’elettrone le seguenti condizioni di quantizzazione:

1° postulato: l’elettrone si muove intorno al nucleo su orbite circolari i cui raggi sono definiti dalla seguente condizione di quantizzazione: ( mv) 2 π r = n · h

Dove ( mv) è la quantità di moto, 2 π r la lunghezza della circonferenza, n un numero intero detto numero quantico (1, 2, 3…) e h la costante di Plank. Quando l’elettrone percorre una di queste orbite, dette stati stazionari, esso non emette né assorbe energia.

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Author: Chimicamo

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