La serie Lyman: líneas de hidrógeno ultravioleta
1 · Predecir
Los electrones que caen hasta el estado fundamental (n = 1) emiten la serie de Lyman. En comparación con la serie de Balmer (que cae a n = 2), ¿esperaría que los fotones de Lyman tuvieran más o menos energía?
- Menos energía que las transiciones de Balmer.
- Más energía (longitud de onda más corta): caer al estado fundamental libera una brecha de energía mayor que caer a n = 2.
- La misma energía que las transiciones de Balmer equivalentes.
2 · Configurar
- Abra el ajuste preestablecido de lyman-alpha y presione Restablecer. La transición predeterminada de este ajuste preestablecido es n = 2 → n = 1 (Lyman-alpha).
- Habilite la lectura de longitud de onda emitida.
- Establezca el nivel de energía inicial n_initial para cada prueba (bajando a n_final = 1) y registre la longitud de onda emitida.
3 · Recopilar Datos
| Nivel inicial n_i | Longitud de onda emitida λ (nm) |
|---|---|
| 2 | |
| 3 | |
| 4 |
Trace la longitud de onda emitida λ (eje y) contra el nivel inicial n_i (eje x) para sus tres pruebas.
4 · Analizar
- Para una prueba, calcule 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) usando n_f = 1. Compare con la tabla. Confirme que las tres longitudes de onda caen por debajo de 122 nm: ultravioleta profundo, invisible a la vista.
- Compare sus longitudes de onda de Lyman con las longitudes de onda de luz visible del experimento Balmer-alfa. Explique por qué bajar a n = 1 (una brecha de energía mucho mayor que bajar a n = 2) siempre produce fotones de mayor energía y longitud de onda más corta.
5 · Ampliar
- La luz ultravioleta de la serie Lyman es absorbida casi por completo por la atmósfera de la Tierra antes de llegar al suelo. Explique por qué se necesitan telescopios espaciales (en lugar de telescopios terrestres) para observar la emisión Lyman-alfa del hidrógeno desde objetos astronómicos distantes.
- Como n_i → ∞, 1/λ se aproxima a R exactamente (el límite de la serie), lo que corresponde a un electrón que apenas escapa por completo del átomo (ionización) en lugar de una transición específica. Usando tu fórmula, explica por qué el límite de la serie representa la energía de ionización del estado fundamental.
La física detrás de este experimento
Serie Lyman (transiciones entre el estado fundamental)
Las transiciones que terminan en n_f = 1 liberan las mayores brechas de energía posibles en el hidrógeno, ya que el estado fundamental se encuentra muy por debajo de cada nivel excitado, lo que produce la serie espectral de longitud de onda más corta (de mayor energía), completamente en el ultravioleta.