Hidrojen atomunun spektrumu

Spektrum nedir önce onu tanımlayalım. Spektrum ; beyaz bir ışık prizmadan geçirilirse renklerine ayrılır (bunu da hatırlanacağı gibi ilk kez Newton yapmıştır).Bunun nedeni dalga boyu farklı olan ışınları kırılma indislerinin de farklı olmasıdır. Renk dizisi ise kırmızıdan mora doğrudur. Kırmızı renk uzun dalga boyuna dolayısıyla düşük frekansa, mor ise kısa dalga boyuna yüksek frekansa sahiptir. Tanımımızı yaptığımıza göre konumuza giriş yapabiliriz.

En basit spekturum periyodik tablonun ilk elementi olan hidrojene aittir. Hidrojenden bir elektrik akımı geçilirse hidrojen spektrum çizgilerine ayrılır ve bu renk pembe/menekşe bir renktedir. Bu çizgiler arası uzaklıklar belli bir aralıklara sahip olup bazı deneysel formüllere sahiptirler. Bu formüllerin ilki Balmer formülüdür, bu formülü yazmadan önce açıyorum, 1'in dalga boyuna bölümü frekansa eşittir ve R ile ifade edilen bir durum vardır bu da bir sabittir. 1 in yine 2 kökü alınarak yazılan denklemde 1'in n değeri yani tam sayı değeri alan formülde karesi alınarak bu denklem yazılabilir.

Diğer yandan spektrumların absorpsiyonlarında ve emisyonunda kesikli oluşu bilim insanlarının dikkatini çekmiştir. Düşük basınçtaki hidrojen gazı, iki ucunda metal elektrotları olan bir tüp içine konulup metal elektrotlar alternatif akım voltajı uygulanırsa bir ışıldama görülür. Bu ışıldama hidrojenin dissosiyasyonu sonucu ortaya çıkmaktadır. Işık spektroskopisi incelenirse farklı dalga boyda oldukları rahatça görülebilir. Çizgiler arası büyük dalga boyundan küçük dalga boyuna gidildikçe düzenli bir şekilde azaldığına ve azalmanın dalga boyuna bağlı olduğuna işaret etmiştir

Hidrojen spektrumundaki seriler
Lyman serisi; n1: 1, n2: 2, 3, 4 Spektum bölgesi: Ultraviyole
Balmer; n1:2, n2: 3, 4, 5 Spektrum bölgesi: Görünür bölge
Paschen; n1:3, n2: 4, 5 ,6 Spektrum bölgesi; İnfrared
Bracket; n1:4, n2: 5, 6, 7 Spektrum bölgesi; İnfrared
Pfund; n1: 5, n2: 6, 7, 8 Spektrum bölgesi; İnfrared
Burada n kuantum sayılarının hangisini alması gerektiğini göstermektedir.

İsmail Çelik

Kaynaklar:
[1]. Prof.Dr.Zekiye Çınar - Kuantum Kimyası (Çağlayan Yayınları)
[2]. Prof.Dr.Melike Kabasakaloğlu/Doç.Dr.Tuncer Çaykara - Kuantum Kimyasına Giriş (Bilim Yayıncılık-2006)

Önce küçük bir düzeltme: yazıda 1/dalga boyu frekansa eşit deniyor, ama bu büyüklük dalga sayısıdır. Frekans ise ışığın hızıyla bu değerin çarpımıdır. Asıl soru n'nin ne olduğu. Bohr 1913'te elektronun çekirdek etrafında yalnızca belirli enerji düzeylerinde durabildiğini varsaydı. Işık, elektron bir düzeyden diğerine geçerken aradaki enerji farkı kadar foton olarak yayılır. Fark ne kadar büyükse dalga boyu o kadar kısadır. Serilerdeki n1 alttaki düzey, n2 ise elektronun yukarıdan indiği düzeydir. Bu model hidrojen için çok iyi çalışıyor, ama daha çok elektronlu atomlarda aynı başarıyı göstermiyor.