Die Rydberg-Formel ist eine mathematische Formel zur Vorhersage der Wellenlänge von Licht, das aus einem Elektron resultiert, das sich zwischen den Energieniveaus eines Atoms bewegt.
Wenn sich ein Elektron von einem Atomorbital zu einem anderen ändert, ändert sich die Energie des Elektrons. Wenn das Elektron von einem Orbital mit hoher Energie in einen Zustand niedrigerer Energie wechselt, aPhoton des Lichts geschaffen. Wenn sich das Elektron von einem Zustand niedriger Energie in einen Zustand höherer Energie bewegt, wird ein Lichtphoton vom Atom absorbiert.
Jedes Element hat einen eigenen spektralen Fingerabdruck. Wenn der gasförmige Zustand eines Elements erwärmt wird, gibt es Licht ab. Wenn dieses Licht durch ein Prisma oder ein Beugungsgitter geleitet wird, können helle Linien unterschiedlicher Farben unterschieden werden. Jedes Element unterscheidet sich geringfügig von anderen Elementen. Diese Entdeckung war der Beginn des Studiums der Spektroskopie.
Rydbergsche Gleichung
Johannes Rydberg war ein schwedischer Physiker, der versuchte, eine mathematische Beziehung zwischen einer Spektrallinie und der nächsten bestimmter Elemente zu finden. Er entdeckte schließlich, dass es eine ganzzahlige Beziehung zwischen den Wellenzahlen aufeinanderfolgender Zeilen gab.
Seine Ergebnisse wurden mit Bohrs Modell des Atoms kombiniert, um diese Formel zu erstellen:
1 / λ = RZ2(1 / n12 - 1 / n22)
wo
λ ist die Wellenlänge des Photons (Wellenzahl = 1 / Wellenlänge)
R = Rydbergsche Konstante (1,0973731568539 (55) × 107 m-1)
Z = Ordnungszahl des Atoms
n1 und n2 sind ganze Zahlen, wobei n2 > n1.
Es wurde später festgestellt, dass n2 und n1 wurden mit der Hauptquantenzahl oder Energiequantenzahl in Beziehung gesetzt. Diese Formel eignet sich sehr gut für Übergänge zwischen Energieniveaus eines Wasserstoffatoms mit nur einem Elektron. Bei Atomen mit mehreren Elektronen beginnt diese Formel zusammenzubrechen und führt zu falschen Ergebnissen. Der Grund für die Ungenauigkeit ist, dass der Umfang des Screenings auf innere Elektronen oder äußere Elektronenübergänge variieren. Die Gleichung ist zu einfach, um die Unterschiede auszugleichen.
Die Rydberg-Formel kann auf Wasserstoff angewendet werden, um seine Spektrallinien zu erhalten. Einstellung n1 bis 1 und läuft n2 von 2 bis unendlich ergibt die Lyman-Reihe. Andere Spektralreihen können ebenfalls bestimmt werden:
| n1 | n2 | Konvergiert in Richtung | Name |
| 1 | 2 → ∞ | 91,13 nm (ultraviolett) | Lyman-Serie |
| 2 | 3 → ∞ | 364,51 nm (sichtbares Licht) | Balmer-Serie |
| 3 | 4 → ∞ | 820,14 nm (Infrarot) | Paschen-Serie |
| 4 | 5 → ∞ | 1458,03 nm (fernes Infrarot) | Brackett-Serie |
| 5 | 6 → ∞ | 2278,17 nm (fernes Infrarot) | Pfund-Serie |
| 6 | 7 → ∞ | 3280,56 nm (fernes Infrarot | Humphreys-Serie |
Bei den meisten Problemen beschäftigen Sie sich mit Wasserstoff, sodass Sie die folgende Formel verwenden können:
1 / λ = R.H.(1 / n12 - 1 / n22)
wo R.H. ist die Rydbergsche Konstante, da das Z von Wasserstoff 1 ist.
Rydberg Formula Worked Beispielproblem
Finden Sie die Wellenlänge der elektromagnetische Strahlung das wird von einem Elektron emittiert, das sich von n = 3 auf n = 1 entspannt.
Beginnen Sie mit der Rydberg-Gleichung, um das Problem zu lösen:
1 / λ = R (1 / n12 - 1 / n22)
Stecken Sie nun die Werte ein, wobei n1 ist 1 und n2 ist 3. Verwenden Sie 1,9074 x 107 m-1 für Rydbergs Konstante:
1 / λ = (1,0974 × 107)(1/12 - 1/32)
1 / λ = (1,0974 × 107)(1 - 1/9)
1 / λ = 9754666,67 m-1
1 = (9754666,67 m-1)λ
1 / 9754666.67 m-1 = λ
λ = 1,025 · 10-7 m
Beachten Sie, dass die Formel eine Wellenlänge in Metern angibt, wobei dieser Wert für die Rydberg-Konstante verwendet wird. Sie werden häufig gebeten, eine Antwort in Nanometern oder Angström anzugeben.