A série Lyman: linhas de hidrogênio ultravioleta
1 · Prever
Os elétrons caindo até o estado fundamental (n = 1) emitem a série de Lyman. Em comparação com a série de Balmer (caindo para n = 2), você esperaria que os fótons de Lyman tivessem mais ou menos energia?
- Menos energia do que as transições de Balmer.
- Mais energia (comprimento de onda mais curto) — cair para o estado fundamental libera uma lacuna de energia maior do que cair para n = 2.
- A mesma energia das transições equivalentes de Balmer.
2 · Preparar
- Abra a predefinição lyman-alpha e pressione Redefinir. A transição padrão desta predefinição é n = 2 → n = 1 (Lyman-alpha).
- Habilite a leitura do comprimento de onda emitido.
- Defina o nível de energia inicial n_initial para cada tentativa (caindo para n_final = 1) e registre o comprimento de onda emitido.
3 · Coletar Dados
| Nível inicial n_i | Comprimento de onda emitido λ (nm) |
|---|---|
| 2 | |
| 3 | |
| 4 |
Plote o comprimento de onda emitido λ (eixo y) em relação ao nível inicial n_i (eixo x) para suas três tentativas.
4 · Analisar
- Para uma tentativa, calcule 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) usando n_f = 1. Compare com a tabela. Confirme que todos os três comprimentos de onda estão abaixo de 122 nm – ultravioleta profundo, invisível a olho nu.
- Compare os comprimentos de onda de Lyman com os comprimentos de onda da luz visível do experimento Balmer-alfa. Explique por que cair para n = 1 (uma lacuna de energia muito maior do que cair para n = 2) sempre produz fótons de energia mais alta e comprimento de onda mais curto.
5 · Aprofundar
- A luz ultravioleta da série Lyman é quase totalmente absorvida pela atmosfera da Terra antes de atingir o solo. Explique por que os telescópios espaciais (em vez dos terrestres) são necessários para observar a emissão Lyman-alfa do hidrogênio de objetos astronômicos distantes.
- À medida que n_i → ∞, 1/λ se aproxima de R exatamente (o limite da série), correspondendo a um elétron que escapa completamente do átomo (ionização) em vez de uma transição específica. Usando sua fórmula, explique por que o limite da série representa a energia de ionização do estado fundamental.
A física por trás deste experimento
Série Lyman (transições do estado fundamental)
As transições que terminam em n_f = 1 liberam as maiores lacunas de energia possíveis no hidrogênio, uma vez que o estado fundamental fica muito abaixo de cada nível excitado - produzindo a série espectral de comprimento de onda mais curto (energia mais alta), inteiramente no ultravioleta.