§ 2. Будова речовини. Молекули. Атоми

На уроках природознавства в 5 класі ви дізналися, що всі речовини складаються з дрібних частинок — молекул, атомів. Ви також знаєте, що атомам надані спеціальні назви та символи для позначення, наприклад: Гідроген (H), Оксиген (O), Карбон (C), Сульфур (S).

Зараз науці відомі 118 різних видів атомів і при цьому — мільйони різних молекул. Як же пояснити такі розбіжності в цифрах? З’ясуємо.

1. Розрізняємо атом і молекулу

Кожна речовина складається з певних молекул і тільки з них. Так, речовина метанол складається з молекул метанолу, а речовина мурашина кислота складається з молекул мурашиної кислоти.

Перш ніж почати вивчення будови молекули, згадаємо українську абетку. Вона має лише 33 букви, проте кожен із вас може скласти з них тисячі слів. Проведіть аналогію: буква — атом, слово — молекула. Кожне слово — це певна комбінація букв. Так само кожна молекула — це певна комбінація атомів.

Використовуючи цю аналогію, розглянемо схематичне зображення двох різних молекул — молекули мурашиної кислоти і молекули метанолу (рис. 2.1, а, б).

Рис. 2.1. Схематичне зображення молекул деяких речовин: а — мурашиної кислоти (HCOOH); б — метанолу (CH₃OH); в — кисню (O₂); г — метану (CH₄); д — етану (C₂H₆); е — води (H₂O).

Бачимо, що ці молекули містять однакові види атомів, проте очевидно, що молекули є різними: молекула мурашиної кислоти складається з 5 атомів (і є аналогом слова, яке складається з 5 букв), а молекула метанолу складається з 6 атомів (і є аналогом іншого слова, яке складається з 6 букв). Отже, кожна нова комбінація навіть тих самих видів атомів відповідає новій молекулі. Кількість атомів, що складають різні молекули, може бути й однаковою, — так само як існує безліч слів, що мають однакову кількість букв.

Таким чином, із 118 видів атомів можна скласти мільйони різноманітних молекул і, відповідно, отримати мільйони різноманітних речовин.

Сині кульки — моделі атомів Гідрогену, сірі — Карбону, червоні — Оксигену

Розгляньте рис. 2.1. Скільки видів атомів містить кожна молекула? Яка кількість атомів у кожній молекулі? Чи може молекула складатися з однакових атомів? Чи може в різних молекулах бути однаковою кількість атомів?

2. Намагаємося уявити розміри атомів

Світ молекул, атомів і їхніх складників називають мікросвітом. Характеризуючи об’єкти мікросвіту, вчені використовують числа, що суттєво відрізняються від тих, з якими людина має справу в повсякденному житті. Для короткого запису таких чисел використовують степені числа 10. Так, розмір атома приблизно дорівнює 0,000 000 0001 м, або 1 • 10 -10 м*. Щоб уявити, наскільки малим є це значення, наведемо приклади.

Приклад 1. Якщо з балона зі стисненим повітрям через мікроскопічну тріщину буде витікати щосекунди мільярд молекул, з яких складається повітря, то за 650 років маса балона зменшиться лише на 0,001 г.

Приклад 2. Головка сталевої шпильки, радіус якої 1 мм, містить близько 100 000 000 000 000 000 000, або 1 • 10 20 , атомів. Якщо ці атоми розмістити один за одним, то отримаємо ланцюжок завдовжки 20 мільйонів кілометрів, що приблизно в 50 разів більше за відстань між Землею і Місяцем.

Побачити окремі атоми та молекули навіть у найпотужніший оптичний мікроскоп неможливо, але в ХХ ст. вчені створили прилади, які дозволяють не тільки бачити окремі атоми, а навіть переміщати їх з місця на місце.

3. Згадуємо будову атома

Атом, як і молекула, має складну структуру. Атом являє собою ядро, оточене легкими частинками — електронами. Діаметр ядра атома набагато менший, ніж діаметр власне атома, — приблизно у стільки разів, у скільки розмір горошини менший за розмір футбольного поля. Внутрішню будову атома наочно описати неможливо, тому для пояснення процесів, які відбуваються в атомі, створено його фізичні моделі ** , наприклад планетарну модель атома (рис. 2.2).

Електрони можуть залишати одні атоми та приєднуватися до інших. Якщо атом втратив один або кілька електронів, то атом перетворюється на позитивний йон. Якщо ж до атома приєднались один або кілька електронів, то атом перетворюється на негативний йон.

** Докладніше про фізичні моделі ви дізнаєтесь у § 3.

4. Переконуємось у наявності проміжків між молекулами

Як ви вважаєте: якщо змішати 100 мл води та 100 мл спирту, яким буде об’єм суміші? Насправді він буде меншим, ніж 200 мл! Річ у тім, що між молекулами існують проміжки і в ході змішування рідин молекули води потрапляють у проміжки між молекулами спирту і навпаки. Цей дослід добре моделюється за допомогою пшона та гороху (рис. 2.3).

Рис. 2.2. Планетарна модель атома. Насправді відстань від ядра до електронів перевищує розмір ядра в 100 000 разів

5. Знайомимося з тепловим рухом

Із 5 класу ви знаєте таке явище, як дифузія (від лат. diffusio — поширення, розтікання).

Дифузія — процес самовільного проникнення молекул однієї речовини в проміжки між молекулами іншої речовини, внаслідок чого відбувається перемішування дотичних речовин.

Проведемо дослід. У прозору посудину з водою наллємо водний розчин мідного купоросу так, щоб рідини не змішалися (рис. 2.4). Спочатку спостерігатимемо чітку межу між водою і розчином, проте, залишивши посудину в спокої на кілька днів, побачимо, що вся рідина набула бірюзового кольору (рис. 2.5), тобто рідини самовільно змішалися.

Причиною дифузії є безперервний хаотичний рух частинок речовини (молекул, атомів, йонів). Завдяки такому рухові речовини перемішуються без жодного зовнішнього втручання.

Безперервний хаотичний рух частинок речовини називають тепловим рухом, оскільки зі збільшенням (зменшенням) температури речовини збільшується (зменшується) середня швидкість руху її частинок. Так, якщо налити розчин мідного купоросу не в одну, а в дві посудини з водою і одну посудину розташувати в теплому місці, а другу — в холодному, то через деякий час побачимо, що в теплому місці дифузія відбувається набагато швидше.

Рис. 2.3. Об’єм суміші гороху та пшона менший, ніж сума об’ємів компонентів цієї суміші: крупинки пшона потрапили в проміжки між горошинами

Рис. 2.4. За допомогою лійки можна акуратно налити розчин мідного купоросу на дно склянки з водою

Рис. 2.5. Процес дифузії та його схематичне зображення: молекули на межі розподілу речовин міняються місцями, і в результаті з часом речовини повністю перемішуються

6. Підтверджуємо взаємодію молекул

Ми з’ясували, що молекули перебувають у безперервному хаотичному русі. Чому ж вони не розлітаються навсібіч? Понад те, тіла не тільки не розсипаються на окремі молекули, а навпаки, щоб їх розтягти, зламати, розірвати, потрібно докласти зусиль. Причина криється в притяганні між молекулами. Саме завдяки міжмолекулярному притяганню тверді тіла зберігають свою форму, рідина збирається в краплини (рис. 2.6), клей прилипає до паперу, розтягнута пружина набуває вихідної форми.

Якщо між молекулами є притягання, то чому розбита чашка не стає цілою після того, як її уламки притиснуть один до одного? Пояснити це можна тим, що міжмолекулярне притягання стає помітним тільки на дуже малих відстанях — таких, які можна порівняти з розмірами самих молекул. Коли ми притискаємо один до одного уламки чашки, то через нерівність поверхні на зазначені відстані зближується незначна кількість молекул. А відстань між більшою їх частиною залишається такою, що молекули майже не взаємодіють.

Рис. 2.6. Провислу краплю води деякий час утримують від падіння сили притягання між молекулами

Спробуйте стиснути, наприклад, закриту пластикову пляшку, доверху заповнену водою, або монетку — ви відчуєте, що змінити їх розміри або форму без додаткових засобів неможливо. Річ у тім, що молекули не тільки притягаються одна до одної, але й відштовхуються. Зазвичай у рідинах і твердих тілах притягання врівноважується відштовхуванням. Але якщо стискати рідину або тверде тіло, то відстань між молекулами зменшиться й міжмолекулярне відштовхування стане сильнішим, ніж притягання.

7. Формулюємо основні положення молекулярно-кінетичної теорії

Понад 25 століть тому давньогрецький філософ Демокрит (бл. 460370 рр. до н. е.) висловив ідею, що всі тіла складаються з маленьких тілець, які вчений назвав атомами (у перекладі з грецької — «неподільні»). А от підтвердження існування так званих атомів і молекул було отримано тільки в XIX ст. Саме тоді з’явилася й була дослідно обґрунтована молекулярно-кінетична теорія, яка розглядає будову речовини з точки зору таких трьох основних положень.

• 1. Усі речовини складаються з частинок — молекул, атомів, йонів; між частинками є проміжки.
• 2. Частинки речовини перебувають у безперервному безладному (хаотичному) русі; такий рух називають тепловим.
• 3. Частинки взаємодіють одна з одною (притягуються та відштовхуються).

Підбиваємо підсумки

Усі речовини складаються з дрібних частинок — молекул, атомів, йонів. Між частинками існують проміжки.

Частинки, з яких складається речовина, перебувають у безперервному хаотичному русі. Такий рух називають тепловим. Зі збільшенням (зменшенням) температури речовини збільшується (зменшується) середня швидкість руху її частинок. Одним із доказів руху молекул є дифузія. Дифузія — процес самовільного перемішування дотичних речовин, який відбувається внаслідок теплового руху їх молекул.

Частинки речовини взаємодіють — вони відштовхуються та притягуються. Взаємодія частинок виявляється на відстанях, які можна порівняти з розмірами самих частинок.

Контрольні запитання

1. Скільки видів атомів відомо науці? 2. Чим пояснюється той факт, що існують мільйони різних речовин? 3. Що ви знаєте про розмір атомів і молекул? 4. Як можна довести, що між частинками речовини існують проміжки? 5. Що називають тепловим рухом? 6. Дайте означення дифузії. 7. Наведіть приклади дифузії. 8. Чому тверді тіла та рідини не розпадаються на окремі частинки? 9. За якої умови взаємодія між молекулами (атомами, йонами) стає помітною?

1. Чи можемо ми змінити об’єм тіла, не змінюючи кількості молекул у ньому? Якщо так, то як це зробити?

2. Чому для того, щоб розірвати нитку, потрібно докласти зусиль?

3. Чи можна наведене нижче твердження вважати істинним? Відповідь обґрунтуйте.

Із двох уламків лінійки неможливо без сторонніх засобів отримати єдине ціле, оскільки між молекулами лінійки діють сили відштовхування.

4. Обчисліть, скільки приблизно молекул можна розмістити вздовж відрізка завдовжки 0,5 мм. Вважайте, що діаметр молекули дорівнює 0,000 000 0001 м.

5. Площа плівки, утвореної на поверхні води краплею олії об’ємом 0,005 мм 3 , не може бути більшою за 50 см 2 . Який висновок щодо розміру молекул олії випливає з цього факту?

6. Згадайте та опишіть по два приклади спостережень і експериментів, які ви проводили у 5 або 6 класі. У чому, на вашу думку, полягає головна відмінність між спостереженням і експериментом?

Експериментальні завдання

1. Візьміть дві неглибокі тарілки. В одну налийте тонким шаром холодну воду, в другу — гарячу. За допомогою піпетки помістить у центр кожної тарілки кілька крапель міцно завареного чаю. Поясніть результат.

2. Використовуючи м’яку пружинку (або тонку гумову стрічку), чисту металеву (або скляну) пластинку та блюдце з водою, продемонструйте, що між молекулами води і металу (скла) існують сили притягання. Опишіть свої дії або виконайте схематичні рисунки (зробіть фотографії).

Відеодослід. Перегляньте відеоролик і поясніть спостережуване явище.

5.4: Атом Бора

Наша мета в цій одиниці – допомогти вам зрозуміти, як має слідувати розташування періодичної таблиці елементів як необхідного наслідку фундаментальних законів квантової поведінки матерії. Сучасна теорія атома повною мірою використовує хвильово-частинкову подвійність речовини. Для того, щоб розробити та представити цю теорію комплексно, нам знадобиться ряд математичних інструментів, які виходять за рамки цього курсу. Тому ми представимо теорію напівякісно, підкреслюючи її результати та їх застосування, а не її виведення.

моделі атома

Моделі широко використовуються в науці, щоб допомогти зрозуміти речі, які не можна розглядати безпосередньо. Ідея полягає в тому, щоб уявити спрощену систему або процес, який, можливо, буде демонструвати основні властивості або поведінку реальної речі, а потім перевірити цю модель на більш складних прикладах і змінити її в міру необхідності. Хоча людина завжди знаходиться на хиткій філософській основі, намагаючись прирівняти модель до реальності, настає момент, коли різниця між ними стає незначною для більшості практичних цілей.

планетарна модель

Демонстрація Томпсоном у 1867 році, що всі атоми містять одиниці негативного електричного заряду, призвела до першої науково обґрунтованої моделі атома, яка передбачала рівномірне поширення електронів по сферичному об’єму атома. Ернест Резерфорд, новозеландець, який починав як студент Томпсона в Кембриджі, недовірив цій моделі «сливового пудингу» (як він її називав) і незабаром поклав її на відпочинок; Знаменитий експеримент Резерфорда з бомбардування альфа-променями (проведений у 1909 році його учнями Гансом Гейгером та Ернестом Марсденом) показав, що майже всі маса атома зосереджена в вкрай малому (і, таким чином, надзвичайно щільному) тілі, званому ядром. Це змусило його запропонувати планетарну модель атома, в якій електрони обертаються на орбітах навколо ядерного «сонця».

Незважаючи на те, що планетарна модель вже давно дискредитується, вона, схоже, знайшла постійне місце в популярних зображеннях атома, і деякі його аспекти залишаються корисними при описі та класифікації атомної структури та поведінки. Планетарна модель атома передбачала, що електростатичне тяжіння між центральним ядром і електроном точно врівноважується відцентровою силою, створеної обертанням електрона на його орбіті. Якби цього балансу не було, електрон або впав би в ядро, або він був би викинутий з атома.

Складність цієї картини полягає в тому, що вона не відповідає добре встановленому факту класичної електродинаміки, який говорить про те, що всякий раз, коли електричний заряд зазнає зміни швидкості або напрямку (тобто прискорення, яке повинно статися, якщо електрон кружляє навколо ядра), він повинен постійно випромінюють енергію. Якби електрони насправді слідували за такою траєкторією, всі атоми діяли б мініатюрними радіостанціями. Більше того, випромінювана енергія буде надходити від кінетичної енергії орбітального електрона; оскільки ця енергія випромінюється, менше відцентрової сили, щоб протистояти силі привабливості завдяки ядру. Електрон швидко впаде в ядро, слідуючи траєкторії, яка стала відомою як «спіраль смерті електрона». Згідно з класичною фізикою, жоден атом, заснований на цій моделі, не міг існувати більше короткої частки секунди.

Модель Бора

Нільс Бор був блискучим датським фізиком, який прийшов домінувати у світі атомної та ядерної фізики протягом першої половини ХХ століття. Бор припустив, що планетарна модель може бути збережена, якби було зроблено одне нове припущення: певні «особливі стани руху» електрона, відповідні різним радіусам орбіти, не призведуть до випромінювання, і тому могли б зберігатися нескінченно довго без потрапляння електрона в ядро. Зокрема, Бор постулював, що кутовий імпульс електрона, mvr (маса і кутова швидкість електрона і в орбіті радіуса \(r\) ) обмежений значеннями, які є інтегральними кратними \(h/2\pi\) . Радіус однієї з цих дозволених орбіт Бора задається

в якому h – константа Планка, m – маса електрона, v – орбітальна швидкість, а n може мати тільки цілочисельні значення 1, 2, 3 і т.д. найбільш революційним аспектом цього припущення було використання змінного цілого числа n; це було перше застосування поняття до речовини. Чим більше значення n, тим більше радіус електронної орбіти, і тим більше потенційна енергія електрона.

Коли електрон рухається на орбіти зростаючого радіуса, він робить це на противагу відновлювальній силі завдяки позитивному ядру, і його потенційна енергія тим самим підвищується. Це повністю аналогічно збільшенню потенційної енергії, що відбувається, коли будь-яка механічна система рухається проти відновлювальної сили – як, наприклад, коли гумка розтягується або піднімається вага.

Таким чином, Бор говорив, по суті, полягає в тому, що атом може існувати лише в певних дискретних енергетичних станах: енергія атома квантується. Бор зазначив, що таке квантування добре пояснювало спостережуваний спектр випромінювання атома водню. Електрон зазвичай знаходиться на своїй найменшій дозволеній орбіті, що відповідає n = 1; при збудженні в електричному розряді або ультрафіолетовим світлом атом поглинає енергію і електрон отримує підвищення до більш високих квантових рівнів. Ці вищі збуджені стани атома нестабільні, тому через дуже короткий час (близько 10 -9 сек) електрон падає на нижчі орбіти і, нарешті, в саму внутрішню, що відповідає основному стану атома. Енергія, втрачена при кожному стрибку, віддається у вигляді фотона, а частота цього світла забезпечує пряме експериментальне вимірювання різниці енергій двох станів, згідно з співвідношенням Планка-Ейнштейна e = h ν.

Вібрації, стоячі хвилі і пов’язані стани

Теорія Бора спрацювала; вона повністю пояснила спостережуваний спектр атома водню, і цей тріумф згодом приніс йому Нобелівську премію. Основна слабкість теорії, як перший визнав сам Бор, полягає в тому, що вона не могла запропонувати хорошого пояснення того, чому ці спеціальні орбіти імунізували електрон від випромінювання його енергії. Єдине обгрунтування пропозиції, крім того, що воно, здається, працює, походить від його аналогії до певних аспектів поведінки вібраційних механічних систем.

Спектр гітарної струни

Для того щоб видавати тон при вищипуванні, гітарна струна повинна бути закріплена на кожному кінці (тобто це повинна бути пов’язана система) і повинна бути під певним натягом. Тільки за цих умов поперечному порушенню протидіятиме відновлювальна сила (натяг струни), щоб створити стійку вібрацію. Прив’язана струна на обох кінцях ставить дуже важливу граничну умову руху: єдино допустимі режими вібрації – це ті, довжини хвиль яких виробляють нульові зсуви на пов’язаних кінцях струни; якщо струна розривається або стає неприв’язаною на одному кінці, вона стає безшумною.

У його найбільш низькоенергетичному режимі вібрації є єдина хвиля, точка максимального зміщення якої розміщена в центрі струни. У музичному плані це відповідає фундаментальної ноті, на яку налаштована струна; з точки зору теорії коливань вона відповідає «квантовому числу» 1. Вищі режими, відомі як обертони (а в музиці, як октави), містять 2, 3, 4 і більше точок максимального зміщення (антиноди), розташовані рівномірно уздовж струни, розділені точками нульового зміщення (вузлами). Вони відповідають послідовно вищим квантовим числам і вищим енергіям.

Коливальні стани струни квантуються в тому сенсі, що має бути присутнім інтегральне число антинодів. Зверніть увагу ще раз, що ця умова накладається граничною умовою, що кінці рядка, будучи закріпленими на місці, повинні бути вузлами. Оскільки місця розташування вузлів та антинодів не змінюються, коли струна вібрує, вібраційні візерунки відомі як .

Подібний вид квантування відбувається в інших музичних інструментах; у кожному випадку вібрації, будь то розтягнута струна, стовп повітря або розтягнутої мембрани.

Стоячі хвилі живуть в інших місцях, крім атомів і музичних інструментів: кожен раз, коли ви включаєте свою СВЧ-піч, складний набір стоячих хвиль наповнює інтер’єр. Те, що «махає» тут, – це змінне електростатичне поле як функція розташування; хвильові візерунки визначаються розмірами внутрішньої частини печі та предметами, розміщеними всередині неї. Але частина піци, яка буває розташована у вузла, не сильно нагрівалася б, тому всі мікрохвильові печі забезпечують механічний засіб обертання або їжі (на круглої платформі), або мікрохвильового променя (за допомогою обертового дефлектора), так що всі частини будуть проходити через високоамплітудні частини хвиль .

Стоячі хвилі в атомі водню

Аналогію з атомом можна побачити, уявивши гітарну струну, замкнуту в коло. Коло – це електронна орбіта, а гранична умова полягає в тому, що хвилі не повинні заважати собі по колу. Ця умова може бути виконана лише в тому випадку, якщо окружність орбіти може точно вмістити цілу кількість довжин хвиль. Таким чином, допускаються лише певні дискретні радіуси орбіти та енергії, як показано на двох діаграмах нижче.

Незв’язані стани

Якщо гітарна струна вищипана настільки жорстко, що вона ламається, відновлювальна сила та граничні умови, які обмежували її рухи кількома дискретними гармонічно пов’язаними частотами, раптово відсутні; без обмежень на її рух механічна енергія струни розсіюється випадковим чином без музичного ефект. Таким же чином, якщо атом поглинає стільки енергії, що електрон більше не пов’язаний з ядром, то енергетичні стани атома вже не квантуються; замість лінійного спектра, пов’язаного з дискретними стрибками енергії, спектр вироджується в континуум, в якому всі можливі енергії електронів дозволені. Енергія, при якій починається континуум іонізації атома, легко спостерігається спектроскопічно, і служить простим методом експериментального вимірювання енергії, з якою електрон зв’язується з атомом.

Спектр атома водню

Водень, найпростіший атом, також має найпростіший лінійний спектр (лінійні спектри були коротко введені в попередньому розділі.) Спектр водню був першим, хто спостерігався (Ånders Ångström в 1860-х рр.). Йоганн Бальмер, викладач німецької середньої школи, виявив просту математичну формулу, яка пов’язувала довжини хвиль різних ліній, які спостерігаються у видимій та майже ультрафіолетовій частинам спектра. Цей набір ліній тепер відомий як серія Balmer.

Чотири лінії у видимому спектрі (позначені α через δ) були першими, які спостерігав Бальмер. Зверніть увагу, як лінії скупчуються разом, коли вони наближаються до межі іонізації в майже ультрафіолетовій частині спектра. Після того, як електрон покинув атом, він знаходиться в незв’язаному стані, і його енергія більше не квантується. Коли такі електрони повертаються до атома, вони володіють випадковими кількостями кінетичних енергій над енергією зв’язку. Це виявляє себе як випромінювання на короткохвильовому кінці спектра, відомого як континуальне випромінювання. Інші названі набори ліній у водневому спектрі – це серія Лаймана (в ультрафіолеті) та серії Paschen, Brackett, Pfund та Humphrey в інфрачервоному діапазоні.

Як модель Бора пояснює спектр водневої лінії

Кожна спектральна лінія являє собою різницю енергій між двома можливими станами атома. Кожному з цих станів відповідає електрон в атомі водню, який знаходиться на «орбіті», радіус якої збільшується з квантовим числом n. Найменша допустима величина n дорівнює 1; оскільки електрон максимально близький до ядра, наскільки він може отримати, енергія системи має своє мінімальне (найбільше негативне) значення. Це «нормальне» (найбільш стабільне) стан атома водню, і називається основним станом.

Якщо атом водню поглинає випромінювання, енергія якого відповідає різниці між значенням n = 1 і деяким більшим значенням n, атом, як кажуть, знаходиться в збудженому стані. Збуджені стани нестійкі і швидко розпадаються до основного стану, але не завжди в один крок. Наприклад, якщо електрон спочатку просувається до стану n =3, він може розпастися або до основного стану, або до стану n =2, який потім розпадається до n =1. Таким чином, це єдине n = 1 → 3 збудження може призвести до трьох ліній випромінювання, зображених на діаграмі вище, що відповідають n = 3 → 1, n = 3 → 2 та n = 2 → 1.

Якщо замість цього атому подається достатньо енергії для повного видалення електрона, ми отримуємо іон водню та електрон. Коли ці дві частинки рекомбінуються (H + e — → H), електрон може спочатку опинитися в стані, відповідному будь-якому значенню n, що призводить до випромінювання багатьох ліній.

Для забезпечення компактного дисплея була спотворена вертикальна енергетична шкала і зображені лише найбільш довгохвильові переходи для кожної серії (червоні стрілки).

Лінії водневого спектра можуть бути організовані в різні ряди відповідно до значення n, при якому випромінювання закінчується (або при якому відбувається поглинання). Перші кілька серій названі на честь своїх першовідкривачів. Найбільш відомим (і першим спостерігається) з них є ряд Бальмера, який лежить здебільшого у видимій області спектра. Лінії Лаймана знаходяться в ультрафіолеті, тоді як інші серії лежать в інфрачервоному. Лінії в кожній серії скупчуються разом, коли вони сходяться до межі серії, яка відповідає іонізації атома і спостерігається як початок емісії континууму. Відзначимо, що водню (від його основного стану) становить 1312 кДж моль —1 . Хоча можлива нескінченна кількість n -значень, кількість спостережуваних ліній обмежена нашою здатністю їх вирішувати, коли вони сходяться в континуум; це число становить близько тисячі.

Спектри випромінювання та поглинання

Спектри лінійного випромінювання, які ми обговорювали, виробляються, коли електрони, які раніше були збуджені до значень n більше 1, повертаються до стану землі n = 1, або безпосередньо, або через проміжні- n станів. Але якщо світло від безперервного джерела (гарячого тіла, такого як зірка) проходить через атмосферу водню (наприклад, зовнішню атмосферу зірки), ті довжини хвиль, які відповідають дозволеним переходам, поглинаються і виглядають як темні лінії, накладені на безперервний спектр.

Спектри випромінювання та поглинання водню серії Бальмера

Ці темні лінії поглинання вперше спостерігав Вільям Волластон при його дослідженні сонячного спектра. У 1814 році Йозеф фон Фраунгофнер (1787-1826) знову відкрив їх і зробив точні вимірювання 814 ліній, включаючи чотири найбільш видатні з ліній Бальмера.