Balmerin sarja

Balmerin sarja tai Balmerin viivat on yksi kuudesta nimetystä sarjasta, jotka kuvaavat vetyatomin emissiospektrin spektriviivoja. Balmerin sarja on näistä ainoa, jossa aallon­pituudet ovat näkyvän valon aallon­pituus­alueella.

Vedyn spektrejä kuvaavat sarjat

Balmerin sarja käsittää sen spektrin, joka aiheutuu elektronin siirtymisestä vetyatomin korkeammilta viritystiloilta toiseen stationaariseen tilaan. Tällöin vetyatomi emittoi fotonin, jolloin näkyvän valon alueella vedyn lähettämä spektri sisältää neljää aallonpituutta (410 nm, 434 nm, 486 nm, 656 nm). [1] Mitä ylemmältä energiatasolta elektroni tippui, sitä pienempi on emittoituneen fotonin aallonpituus.

Sarja lasketaan Balmerin lain avulla, joka on Johann Balmerin vuonna 1885 keksimä empiirinen kaava. Kun vetyatomissa elektroni laskeutuu energiatasolta ${\displaystyle n}$ energiatasolle ${\displaystyle 2}$, voidaan emittoituneen fotonin aallonpituuden ${\displaystyle \lambda }$ suhteen esittää yhtälö

${\displaystyle {\frac {1}{\lambda }}=R{\Big (}{\frac {1}{2^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}}{\Big )}}$,

missä ${\displaystyle R\approx 1{,}097\cdot 10^{7}{\textrm {m}}^{-1}}$ on Rydbergin vakio. [2]

Balmerin sarja sai teoreettisen selityksensä, kun Niels Bohr vuonna 1913 esitti Bohrin atomimallin. Sen mukaan tämä säännön­mukaisuus johtuu elektronin energian kvantittumisesta.

Balmerin sarjaan kuuluvien lisäksi vety­atomilla on todettu olevan muitakin spektri­viivoja, mutta ne ovat näkyvän valon aallon­pituus­alueen ulko­puolella. Niissä kaikissa aallonpituudet saadaan lausekkeesta

­:${\displaystyle {\frac {1}{\lambda }}=R{\Big (}{\frac {1}{n_{1}^{2}}}-{\frac {1}{n_{2}^{2}}}{\Big )}}$,

missä n₁ ja n₂ ovat kokonaislukuja. Luvun n₁ mukaan nämä ryhmitellään nimettyihin sarjoihin, jotka ovat:

• Lymanin sarja, jossa n₁ = 1
• Balmerin sarja, jossa n₁ = 2
• Paschenin sarja, jossa n₁ = 3
• Brackettin sarja, jossa n₁ = 4
• Pfundin sarja, jossa n₁ = 5

Lymanin sarjan spektriviivojen aallonpituudet ovat ultraviolettialueella, Balmerin sarjan näkyvän valon alueella, muiden infrapuna-alueella.