φάσματα εκπομπής και φάσματα απορρόφησης

1. Τα θάζμαηα ηων αεπίων- Η ύλη: παλιόηεπερ και νεόηεπερ ιδέερ
Ειζαγωγή
Οη αξραίνη Έιιελεο θηιόζνθνη εθδήισζαλ κεγάιν ελδηαθέξνλ θαη γηα ην
πξόβιεκα ηεο ζεκειηώδνπο πξαγκαηηθόηεηαο, δειαδή ηνπ αξρηθνύ ζηνηρείνπ από ην
νπνίν απνηειείηαη ή αλαδύζεθε ην ζύκπαλ. Από ηηο δηαηππσζείζεο ζεσξίεο ζην
πέξαζκα ησλ αηώλσλ, νη απόςεηο ηνπ Λεύθηππνπ θαη ηνπ Δεκόθξηηνπ ήηαλ νη πην
θνληηλέο ζηε ζεκεξηλή επνρή.
Οη αηνκηθνί θηιόζνθνη Λεύθηππνο θαη Δεκόθξηηνο, ην δεύηεξν κηζό ηνπ 5νπ
αηώλα, ππνζηήξημαλ όηη ν θόζκνο απνηειείηαη από κηα απεηξία κηθξνζθνπηθώλ
αηόκσλ πνπ θηλνύληαη ηπραία ζε έλα άπεηξν θελό. Τα άηνκα είλαη ζηεξεά ζσκαηίδηα
κε νξαηώλ δηαζηάζεσλ, είλαη απνιύησο ακεηάβιεηα θαη έρνπλ άπεηξα ζρήκαηα. Η
ηεξάζηηα πνηθηιία ησλ νπζηώλ ηεο αηζζεηεξηαθήο καο εκπεηξίαο νθείιεηαη ζηηο
θηλήζεηο, ηηο ζπγθξνύζεηο θαη ηνπο παξνδηθνύο ζρεκαηηζκνύο ησλ αηόκσλ (Lindberg,
2003). Σηε ζεσξία ησλ αηνκηθώλ θηινζόθσλ, όκσο, αληηηάρζεθαλ ηα κεγάια
νλόκαηα ηνπ 4νπ
αηώλα Πιάησλαο θαη Αξηζηνηέιεο κε απνηέιεζκα λα πέζεη ζηελ
αθάλεηα έσο ηνλ 19ν
αηώλα· ηόηε ηελ επαλέθεξε ν Dalton γηα λα εμεγήζεη ηνπο
πεηξακαηηθνύο λόκνπο ηεο ρεκείαο πνπ είρε αλαθαιύςεη.
Σηελ εμέιημε ησλ ηδεώλ γηα ην άηνκν, ζεκαληηθό ζηαζκό απνηέιεζε ε αλαθάιπςε
ηνπ ειεθηξνλίνπ από ηνλ Thomson, ην 1897, θαη ε απνδνρή ηνπ από ηελ
επηζηεκνληθή θνηλόηεηα κεηά κηα από ηηο πην γλσζηέο επηζηεκνληθέο δηακάρεο. Δύν
ρξόληα κεηά ηελ αλαθάιπςε ηνπ ειεθηξνλίνπ ν Thomson δηαηύπσζε ηελ άπνςε όηη
ηα άηνκα είλαη δηαηξεηά·
δηόηη αθνύ κπνξνύλ λα ειεθηξηζζνύλ ζεκαίλεη όηη
απνζπάηαη έλα κέξνο ηελ κάδαο ηνπο. Η ηδέα ηεο δηαηξεηόηεηαο ππνζηεξίρζεθε από
ηα πεηξάκαηα ηεο Marie Curie θαη πνιιώλ άιισλ εξεπλεηώλ ζηε ζπλέρεηα·
θαη, καδί
κε ηελ απνδνρή ηεο ύπαξμεο ηνπ ειεθηξνλίνπ σο ζπζηαηηθνύ ηνπ αηόκνπ θαζώο θαη
ησλ ζθέςεσλ πνπ ππήξραλ όηη νη πεξίπινθεο θαζκαηηθέο γξακκέο κπνξεί λα
νθείινληαη ζε δηεξγαζίεο πνπ “ηξαληάδνπλ” ην άηνκν, νδήγεζαλ ζηε δηαηύπσζε
αξθεηώλ δηαθνξεηηθώλ απόςεσλ ζρεηηθά κε ηελ εζσηεξηθή δνκή ηνπ αηόκνπ
(Chalmers, 1998).

2. Τα θάζμαηα ηων αεπίων και ηα ππώηα αηομικά ππόηςπα
Φάζμαηα εκπομπήρ και αποππόθηζηρ ηων αεπίων
Φάζκα εκπομπήρ ελόο αεξίνπ νλνκάδεηαη ην ζύλνιν ησλ ζπρλνηήησλ ηεο
ειεθηξνκαγλεηηθήο αθηηλνβνιίαο πνπ εθπέκπνπλ ηα κόξηα ηνπ αεξίνπ. Τν θσο πνπ
εθπέκπεη έλα αέξην απνηειείηαη από κεξηθέο έγρξσκεο γξακκέο ραξαθηεξηζηηθέο ηνπ
ζηνηρείνπ πνπ ηηο εθπέκπεη θαη απνηειεί κέζνδν αλαγλώξηζεο ηνπ ζηνηρείνπ. Μηα
απιή δηάηαμε γηα ηελ παξαγσγή θαη παξαηήξεζε ηνπ θάζκαηνο εθπνκπήο
πεξηγξάθεηαη ζηελ αξηζηεξή πιεπξά ηεο εηθόλαο 3.1. Σηε δηάηαμε απηή
έλα αέξην πνπ βξίζθεηαη ζε γπάιηλν ζσιήλα, ππό ρακειή πίεζε, θσηνβνιεί κε
ηελ εθαξκνγή πςειήο ηάζεο ζηα άθξα ηνπ ζσιήλα. Τν νξαηό κέξνο ηνπ θάζκαηνο
εθπνκπήο γίλεηαη παξαηεξήζηκν κέζα από έλα πξίζκα. Γηα ιεπηνκεξέζηεξε
παξαηήξεζε απαηηείηαη θαζκαηνζθόπην.
Εικόνα 3.1: Διάηαξη για παπαγωγή και παπαηήπηζη ηος θάζμαηορ εκπομπήρ (απιζηεπά) και
ηος θάζμαηορ αποππόθηζηρ ηος ίδιος αεπίος (δεξιά). digitalschool.minedu.gov.gr
Τν θάζκα αποππόθηζηρ πξνθύπηεη αλ θσηίζνπκε κε πεγή ζπλερνύο θάζκαηνο
έλα αέξην θαη παξαηεξήζνπκε ην εμεξρόκελν από ην αέξην θσο. Έλαο απιόο ηξόπνο
γηα παξαγσγή θαη παξαηήξεζε ηνπ θάζκαηνο απνξξόθεζεο θαίλεηαη ζηελ
δεμηά πιεπξά ηεο εηθόλαο 3.1. Σηε δηάηαμε απηή έλα αέξην πνπ βξίζθεηαη ζε
γπάιηλν δνρείν θσηίδεηαη από ζπλερέο θσο θαη νη εμεξρόκελεο νξαηέο ζπρλόηεηεο
παξαηεξνύληαη κέζα από έλα πξίζκα. Τν θάζκα απνξξόθεζεο απνηειείηαη από
καύξεο γξακκέο πάλσ ζην έγρξσκν ππόζηξσκα ηνπ ζπλερνύο θάζκαηνο, ζηηο ίδηεο
ζέζεηο πνπ παξαηεξνύληαη νη θσηεηλέο γξακκέο ηνπ θάζκαηνο εθπνκπήο ηνπ
ζηνηρείνπ.
Το θάζμα ηος ςδπογόνος
Τν πην απιό από ηα γξακκηθά θάζκαηα αλήθεη ζην άηνκν ηνπ πδξνγόλνπ. Από
ηνπο πνιινύο επηζηήκνλεο πνπ αζρνιήζεθαλ κε ηε κειέηε απηνύ ηνπ θάζκαηνο, ν
Johann Jacob Balmer ήηαλ απηόο πνπ πξώηνο, ην 1885, εθεύξε έλα εκπεηξηθό ηύπν

3. πνπ πεξηγξάθεη ζσζηά ην κήθνο θύκαηνο ηεζζάξσλ θαζκαηηθώλ γξακκώλ ηνπ
πδξνγόλνπ. Η εκπεηξηθή ζρέζε ηνπ Balmer είλαη ε:
2 2
1 1 1
2
HR
n
 
  
 
όπνπ: 3, 4, 5,..n  και
7 1
1,0973732 10HR m
  η σταθερά του Rydberg.
Σηελ απνθαινύκελε θαζκαηηθή ζεηξά Balmer αληηζηνηρνύλ ηα κήθε θύκαηνο
656,3 3nm n  (εξπζξό), 486,1 4nm n  (πξάζηλν), 434,1 5nm n 
(θπαλό) θαη 410,2 6nm n  (ηώδεο).
Εικόνα 3.2: Φάζμα εκπομπήρ και θάζμα αποππόθηζηρ ςδπογόνος (κάηω). physicsgg.me
Σηε ζπλέρεηα, άιινη εξεπλεηέο αλαθάιπςαλ λέεο θαζκαηηθέο γξακκέο. Οη
θαζκαηηθέο ζεηξέο ηνπ πδξνγόλνπ, ε πεξηνρή ηνπ θάζκαηνο πνπ αλήθνπλ θαη νη
ζρέζεηο πνπ ηηο πεξηγξάθνπλ θαίλνληαη ζηνλ πίλαθα 3.1 (Young, 1994).
Σειπά Τύπορ Κβανηικόρ
απιθμόρ
Πεπιοσή
θάζμαηορ
(2012books.lardbucket.org)
Lyman 2
1 1
1HR
n
 
  
 
2,3,4,..n  Υπεξηώδεο
θσο
Balmer 2 2
1 1 1
2
HR
n
 
  
 
3,4,5,..n  Οξαηό θσο
Parchen 2 2
1 1 1
3
HR
n
 
  
 
4,5,6,..n  Υπέξπζξν
θσο
Brackett 2 2
1 1 1
4
HR
n
 
  
 
5,6,7,..n  Υπέξπζξν
θσο
Pfund 2 2
1 1 1
5
HR
n
 
  
 
6,7,8,..n  Υπέξπζξν
θσο
Πίνακαρ 3.1: Οι θαζμαηικέρ ζειπέρ ηος ςδπογόνος