Rydberg-formule

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

De Rydberg-formule (of Rydberg-Ritz-formule) wordt in de atoomfysica gebruikt om het volledige elektromagnetische spectrum van de lichtemissie van waterstof te bepalen. Later werd deze formule uitgebreid voor "elk" element door gebruik te maken van het Rydberg-Ritz-combinatieprincipe.

Het spectrum is de verzameling golflengtes van fotonen die uitgezonden worden wanneer elektronen tussen twee energieniveaus overspringen, de schillen rond de atomen. Deze ontdekking werd gebruikt als ondersteunend bewijs voor de kwantummechanica.

De formule werd uitgevonden door de Zweedse natuurkundige Johannes Rydberg en gepubliceerd op 5 november 1888.

Rydberg-formule voor waterstof[bewerken]

\frac{1}{\lambda_{\mathrm{vac}}} = R_{\mathrm{H}} Z^2 \left(\frac{1}{n_1^2}-\frac{1}{n_2^2}\right)

Waarin:

\lambda_{\mathrm{vac}} de golflengte van het uitgezonden licht in vacuüm,
R_{\mathrm{H}} de Rydbergconstante voor waterstof,
R_{\mathrm{H}} = \frac{m_e e^4}{8 \varepsilon_0^2 h^3 c} = 1.097\;373\;156\;852\;5\;(73) \times 10^7 \ \mathrm{m}^{-1},[1]
n_1 en n_2 zijn gehele getallen, zodanig dat n_1 < n_2,
Z is het atoomnummer, 1 voor waterstof.

Door n_1 op 1 te zetten en n_2 van 2 naar oneindig te laten lopen, worden de spectraallijnen, bekend als de Lymanserie, verkregen die convergeren naar 91nm, op dezelfde wijze:

n_1 n_2 Naam Convergeert naar
1 2 \rightarrow \infty Lymanserie 91 nm
2 3 \rightarrow \infty Balmerserie 365 nm
3 4 \rightarrow \infty Paschenserie 821 nm
4 5 \rightarrow \infty Brackettserie 1459 nm
5 6 \rightarrow \infty Pfundserie 2280 nm
6 7 \rightarrow \infty Humphreysserie 3283 nm

De Lymanserie zit in het ultraviolet spectrum, de Balmerserie in het zichtbare spectrum en de Paschen-, Brackett-, Pfund- en Hunmphreysseries zitten in het infrarode spectrum.

Nuvola single chevron right.svg Zie verder ook het artikel Waterstofspectrum

Rydberg-formule voor een element lijkend op waterstof[bewerken]

De bovenstaande formule kan worden uitgebreid voor elk element met soortgelijke eigenschappen als die van waterstof.

\frac{1}{\lambda_{\mathrm{vac}}} = RZ^2 \left(\frac{1}{n_1^2}-\frac{1}{n_2^2}\right)

waar

\lambda_{\mathrm{vac}} de golflengte van het uitgezonden licht in vacuüm,
R de Rydbergconstante voor dit element,
Z het atoomnummer, het aantal protonen in de atoomkern,
n_1 en n_2 zijn gehele getallen, zodanig dat n_1 < n_2.

Het is belangrijk te weten dat deze formule alleen kan worden toegepast op elementen die gelijksoortig zijn aan waterstof. Er mag slecht één elektron beschikbaar zijn om over te springen van de ene naar de andere schil. Voorbeelden hiervan zijn He+1, Li2+, Be3+ enzovoort.

Ontstaan[bewerken]

Tegen 1890 had Rydberg een formule ontdekt die de relatie tussen de golflengtes in het spectrum van alkalimetalen beschreef en hij merkte op dat de Balmer-vergelijking een bijzonder geval was. Hoewel de Rydberg-formule later onnauwkeurig bleek voor zwaardere atomen, wordt ze nog steeds als nauwkeurig beschouwd voor alle elementen lijkend op waterstof en alkalimetalen met een enkel valentie-elektron ver weg van de binnenste elektronenschillen. Rydberg vereenvoudigde zijn berekeningen door gebruik te maken van het "golfgetal" (het aantal golven dat binnen een lengte-eenheid kan worden gevonden) als meeteenheid. Hij zette de golfgetallen van opeenvolgende spectraallijnen in elke serie uit tegen opeenvolgende integers die de volgorde van de lijnen in die serie voorstelde. Hij merkte op dat de curves gelijkvormig waren en zocht naar een functie die al deze grafieken kon produceren wanneer de juiste constantes werden ingevoerd.

Referenties[bewerken]

  1. Codata

Bron[bewerken]

  • Mike Sutton, "Getting the numbers right – the lonely struggle of Rydberg" Chemistry World, Vol. 1, No. 7, juli 2004.