Seaduspära vesiniku aatomi spektris

Joon. 3.5. Vesiniku spektrijoonte seeriad:
A – laias spektriosas ultravalgusest infravalguseni,
B – Balmeri seeria (osalt nähtav) spektrifoto (vrdl ka joon. 3.3)

Meil on nüüd küllaldaselt tõendusmaterjali, et iga elemendi aatom võib asuda ainult talle omastel energiatasemetel. Energiat võtab ja annab aatom üksnes kindlate kvantumitena, mis võrduvad mingi kahe taseme energia vahega. Jääb küsimus, miks need tasemed kujunevad. Vihje vastuse leidmiseks annavad taas spektrid.

Võtame vaatluse alla lihtsaima, vesiniku aatomi spektri (joon. 3.5). Tundmatusse tungimist tuleb ikka alustada võimalikult lihtsast erijuhust, et vältida hägustavaid keerukusi, mis segavad tabamast peamist, põhilist.

Märkame seaduspära spektrijoonte asendeis: jooned on rühmitunud spektraalseeriatesse, igas seerias moodustavad jooned koonduvaid jadasid. Täppisanalüüs näitab, et kõiki seeriajadasid kirjeldab valem

(3.1)

\frac{1}{λ} = R (\frac{1}{n_{1}^{2}} - \frac{1}{n_{2}^{2}})

kus $λ$ on joone lainepikkus, $R = 1, 0974 \times 10^{7} m^{- 1}$ on Rydbergi konstant, ning $n_{1}$ ja $n_{2}$ on täisarvud: $n_{1}$ on igas seerias konstantne täisarv (vt. tabel) ja $n_{2} = n_{1} + 1, n_{1} + 2, n_{1} + 3 . . .$ .

Valemi (3.1 ) koostas juba 1885 lihtsalt proovimismeetodil Šveitsi gümnaasiumiõpetaja Johann Balmer (1825–1898), siintoodud ülevaatliku ja lihtsa kuju andis Balmeri valemile rootslane Johannes Rydberg (1854–1919), tema nimest ka konstant $R$ .

Vesiniku spektraalseeriad

Seeria nimi avastaja järgi (sulgudes avastamisaasta)	$n_{1}$	$n_{2}$
Lymani seeria (1906)	$1$	$2, 3, 4 . . .$	Ultravalgus ( $91, 2 - 121, 6 n m$ )
Balmeri seeria (1885)	$2$	$3, 4, 5 . . .$	Nähtav valgus ( $364, 7 - 656, 5 n m$ )
Pascheni seeria (1908)	$3$	$4, 5, 6 . . .$	Infravalgus ( $820, 1 - 1875, 6 n m$ )
Bracketti seeria (1922)	$4$	$5, 6, 7 . . .$	Infravalgus ( $1458, 8 - 4052, 2 n m$ )
Pfundi seeria (1924)	$5$	$6, 7, 8 . . .$	Infravalgus ( $2279, 4 - 7459, 9 n m$ )

Rõhutasime sõna täisarvud. Kas kohtame lihtsat täisarvulist, diskreetset muutumist ka kusagil makrofüüsikas, kus üldiselt oleme harjunud kõigi suuruste ühtlase, sujuva varieerumisega?