В физике и химии серия Лаймана представляет собой водородную спектральную серию переходов и результирующих линий ультрафиолетового излучения атома водорода , когда электрон переходит от n ≥ 2 к n = 1 (где n — главное квантовое число ), самый низкий энергетический уровень . электрона. Переходы именуются последовательно греческими буквами : от n =2 до n =1 называется Лайман-альфа , от 3 до 1 — Лайман-бета, от 4 до 1 — Лайман-гамма и так далее. Серия названа в честь своего первооткрывателя Теодора Лаймана . Чем больше разница в главных квантовых числах, тем выше энергия электромагнитного излучения.
Первая линия в спектре серии Лаймана была открыта в 1906 году физиком Теодором Лайманом , изучавшим ультрафиолетовый спектр электрически возбужденного газообразного водорода. Остальные линии спектра (все в ультрафиолете) были открыты Лайманом в 1906-1914 гг. Спектр излучения водорода неоднороден или дискретен. Вот иллюстрация первой серии линий эмиссии водорода:
Исторически объяснение природы спектра водорода было значительной проблемой в физике . Никто не мог предсказать длины волн линий водорода до 1885 года, когда формула Бальмера дала эмпирическую формулу для видимого спектра водорода. В течение пяти лет Йоханнес Ридберг придумал эмпирическую формулу , которая решила проблему, впервые представленную в 1888 году и окончательную форму в 1890 году. Ридбергу удалось найти формулу, соответствующую известным эмиссионным линиям серии Бальмера , а также предсказать еще не открытые. Было обнаружено, что разные версии формулы Ридберга с разными простыми числами генерируют разные серии линий.
1 декабря 2011 года было объявлено, что «Вояджер-1» обнаружил первое излучение Лайман-альфа, исходящее из галактики Млечный Путь . Лайман-альфа-излучение ранее было обнаружено в других галактиках, но из-за помех со стороны Солнца излучение Млечного Пути обнаружить не удалось. [1]
Версия формулы Ридберга , которая породила ряд Лаймана, была: [2]
Следовательно, линии, видимые на изображении выше, представляют собой длины волн, соответствующие n = 2 справа и n = ∞ слева. Спектральных линий бесконечно много, но по мере приближения к n = ∞ ( пределу Лаймана ) они становятся очень плотными, поэтому появляются только некоторые из первых линий и последняя.
Все длины волн в серии Лаймана являются ультрафиолетовыми:
В 1914 году, когда Нильс Бор разработал свою модельную теорию Бора , была объяснена причина, по которой спектральные линии водорода соответствуют формуле Ридберга. Бор обнаружил, что электрон, связанный с атомом водорода, должен иметь квантованные уровни энергии, описываемые следующей формулой:
Согласно третьему предположению Бора, всякий раз, когда электрон падает с начального энергетического уровня E i на конечный энергетический уровень E f , атом должен излучать излучение с длиной волны
Существует также более удобное обозначение энергии в электронвольтах и длин волн в единицах ангстремов :
Заменив энергию в приведенной выше формуле выражением для энергии в атоме водорода, где начальная энергия соответствует уровню энергии n , а конечная энергия соответствует уровню энергии m ,
Где R H — та самая константа Ридберга для водорода из давно известной формулы Ридберга. Это также означает, что обратная константа Ридберга равна пределу Лаймана.
Для связи между Бором, Ридбергом и Лайманом необходимо заменить m на 1, чтобы получить
что представляет собой формулу Ридберга для ряда Лаймана. Следовательно, каждая длина волны эмиссионных линий соответствует падению электрона с определенного энергетического уровня (больше 1) на первый энергетический уровень.
