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Was ist die Rydberg-Formel und wie funktioniert sie?

Die Rydberg-Formel ist eine mathematische Formel, die verwendet wird, um die Wellenlänge von Licht vorherzusagen, die 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 einer Orbital mit hohen Energie auf einen niedrigeren Energiezustand ändert, wird ein Lichtphoton erzeugt. 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=RZ 2 (1 / n 1 2 – 1 / n 2 2 )

wo

λ ist die Wellenlänge des Photons (Wellenzahl=1 / Wellenlänge)
R=Rydbergsche Konstante (1.0973731568539 (55) x 10 7 m -1 )
Z= Ordnungszahl des Atoms
n 1 und n 2 sind ganze Zahlen, wobei n 2 > n 1 sind .

Es wurde später gefunden, dass n 2 und n 1 mit der Hauptquantenzahl oder Energiequantenzahl zusammenhängen. 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 das Ausmaß des Screenings auf innere Elektronen oder äußere Elektronenübergänge variiert. Die Gleichung ist zu einfach, um die Unterschiede auszugleichen.

Die Rydberg-Formel kann auf Wasserstoff angewendet werden, um seine Spektrallinien zu erhalten. Wenn Sie n 1 auf 1 setzen und n 2 von 2 bis unendlich laufen lassen, erhalten Sie die Lyman-Reihe. Andere Spektralreihen können ebenfalls bestimmt werden:

Bei den meisten Problemen beschäftigen Sie sich mit Wasserstoff, sodass Sie die folgende Formel verwenden können:

1 / λ=R H (1 / n 1 2 – 1 / n 2 2 )

wobei R H die Rydbergsche Konstante ist, da das Z von Wasserstoff 1 ist.

 

Rydberg Formula Worked Beispiel Problem

Finden Sie die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung. die von einem Elektron emittiert wird, das sich von n=3 auf n=1 entspannt.

Beginnen Sie mit der Rydberg-Gleichung, um das Problem zu lösen:

1 / λ=R (1 / n 1 2 – 1 / n 2 2 )

Geben Sie nun die Werte ein, wobei n 1 1 und n 2 3 ist. Verwenden Sie 1,9074 x 10 7 m -1 für die Rydberg-Konstante:

1 / λ=(1,0974 × 10 7 ) (1/1 2 – 1/3 2 )
1 / λ=(1,0974 × 10 7 ) (1 – 1/9)
1 / λ=9754666,67 m –1
1=(9754666,67 m -1 ) & lambda
1 / 9754666,67 m -1=& lgr;
& lgr;=1,025 x 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.

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